宋艷芳 鹿傳架 柳娜

摘要：隨著技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波技術(shù)測量距離將會變的十分重要。本文設(shè)計(jì)是基于51系列單片機(jī)系統(tǒng)，以超聲波傳感器來測量系統(tǒng)到前后方物體的距離，然后根據(jù)超聲波傳感器反射回來的信息分析出結(jié)果，并做出處理，并將處理后的數(shù)據(jù)在 LED 屏上顯示出來。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);超聲波;測距

隨著我國的科技水平的上升，超聲波測量技術(shù)被廣泛的推廣，應(yīng)用在各種測量距離的領(lǐng)域中。由于自身優(yōu)點(diǎn)比如：抗干擾性強(qiáng)、反射性好、方向性強(qiáng)等，人們慢慢當(dāng)作成一種測量識別的手段。物體到障礙物的距離是由超聲波測距傳感器的兩探頭之間的接受和發(fā)射工作時的相差的時間進(jìn)行計(jì)算的，超聲波傳播速度與在特定的范圍內(nèi)與頻率無關(guān)，與被測目標(biāo)也沒有關(guān)系。該文在已有的理論知識基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種測距儀使用超聲波技術(shù)并利用單片機(jī)技術(shù)作為核心進(jìn)行一定范圍內(nèi)的距離實(shí)測。該系統(tǒng)測量距離的方法是采用測量距離的模塊 HC-SR04使得系統(tǒng)與物體之間不接觸的手段實(shí)現(xiàn)的，并且以 STC89C51單片機(jī)作為限制 HC-SR04發(fā)射的脈沖來測量距離的核心。對交通運(yùn)輸業(yè)和工業(yè)等方面都應(yīng)用廣泛。

1.????? 電路總體方案設(shè)計(jì)

超聲波測距系統(tǒng)是由被測的物體從超聲波發(fā)射電路接收到發(fā)射出的超聲波，然后發(fā)射回來的超聲波被接收電路接收，超聲波在物體與測量儀之間的傳播時間是由單片機(jī)中的定時器進(jìn)行計(jì)算和記錄的。因此，被測的物體與測距儀間的距離是通過單片機(jī)的函數(shù)運(yùn)算功能得出的。

2.????? 硬件設(shè)計(jì)

2.1?? 發(fā)射電路與接收電路

本次設(shè)計(jì)的內(nèi)電路是由單片機(jī)的作用產(chǎn)生的，并且由于將具有優(yōu)異的頻率穩(wěn)定性的晶體振蕩器用作系統(tǒng)時鐘，因此穩(wěn)定性非常高。結(jié)果，驅(qū)動信號也相對穩(wěn)定，當(dāng)程序的編制不同時，就可以獲得的輸出頻率不同。電路在不同強(qiáng)度值下，可以作為判斷物體的基礎(chǔ)，所以要想設(shè)計(jì)的成功選起點(diǎn)是必須要做到十分精確的。當(dāng)距離小于設(shè)定值時報警。當(dāng)系統(tǒng)啟動示波器時，單片機(jī)開始在內(nèi)部運(yùn)行程序。

2.2?? 顯示電路

顯示電路中采用8155芯片用來給單片機(jī)做擴(kuò)展。其中用來顯示二極管亮度程度的端口選用PA 端口，用來控制發(fā)光二極管的端口采用 PC 端，除此之外，還要有一個雙極的發(fā)光二極管。驅(qū)動電流較大，并且使用六向反作用驅(qū)動器74LS06來提高驅(qū)動能力。

2.3?? 報警電路

在整個系統(tǒng)中的報警部分是由運(yùn)算放大器和喇叭，LED 燈組成。電阻的阻值分別為1千歐的和10千歐的兩種，運(yùn)算放大器是采用型號為 F007的芯片，并且在電路中采用負(fù)反饋的方式連接，也就是反比例運(yùn)算放大電路。

2.4?? 系統(tǒng)復(fù)位電路

對于上電復(fù)位電路，它必須位于每臺單芯片計(jì)算機(jī)中。用于初始化微控制器，等效于再次打開單片機(jī)電源。除正常的初始操作外，由于操作錯誤，系統(tǒng)會鎖定。增加此模塊的 RST 可使您從當(dāng)前狀態(tài)恢復(fù)。如果程序運(yùn)行不正確，則可以使用相同的方法。

2.5?? 晶振電路

如果要想系統(tǒng)電路的工作不出現(xiàn)問題，必須要有晶振電路才能保證系統(tǒng)無故障運(yùn)作。若沒有晶振電路或者晶振電路損壞，系統(tǒng)將會出現(xiàn)故障，故而系統(tǒng)不正常。它由兩個晶體振蕩器和陶瓷電容器組成，并且晶體振蕩器和陶瓷電容器不是正值或負(fù)值，一定要將兩瓷片電容的那段接地。

2.6?? LED 數(shù)碼管顯示電路

該電路的顯示模塊由4位7段 LED 數(shù)字管組成，用來顯示測得的電壓值。它是一個公共陽極數(shù)字管，數(shù)碼管的 a，b，c，d，e，f，g 端接到 dp 端子上，把信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)，由 P1端口把收到信息轉(zhuǎn)而處理成顯示代碼。以接收由單片機(jī)的 P1端口生成的顯示段代碼。 S1，S2，S3，S4引腳端是位選擇端，用于接收在單片機(jī)的 P2端口上生成的位選擇代碼。

2.7?? 蜂鳴器和LED 報警

蜂鳴器的工作電壓信號比平常的電壓信號高，若要使蜂鳴器工作就要與電壓放大器相接。故采用 PNP 型的三極管。LED電路由發(fā)光二極管和電阻組成，LED 通常工作在5ma 至20ma 之間，因此選擇1千歐電阻來限制電流。

2.8?? 按鍵設(shè)置電路

單片機(jī)鍵盤有兩種類型：獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤。獨(dú)立鍵盤就是與其他元件都不相連，按鍵的兩端一端連接在單片機(jī)的 I/O 端口，另一端接地，獨(dú)立鍵盤的連接簡單明了，并且穩(wěn)定。矩陣鍵盤相對于獨(dú)立鍵盤來說連接復(fù)雜，易出錯。根據(jù)兩鍵盤的特點(diǎn)，要滿足要求故選擇獨(dú)立鍵盤。

3.????? 結(jié)論

通過系統(tǒng)硬件調(diào)試：系統(tǒng)中各個電路通過焊接方式連接在一塊后，首先檢測每個模塊是否在安裝的過程中損壞。單片機(jī)的每個引腳與模塊之間是不是安裝正確，如果相對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸引腳沒有完成合理的接通，那么在后期軟件邏輯處理的時候不能得到關(guān)鍵的數(shù)據(jù)值，那么對于整個系統(tǒng)的軟件錯誤排查就不能方便快速的找到對應(yīng)的問題，然后檢查設(shè)備的規(guī)格和極性是否有錯誤。在以上都完好的情況下，在檢查電源與設(shè)備連接有沒有短路。通過測試，驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)較合理，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

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