基于STC89C52的超声波语音测距仪设计

孙正凤++范军

摘要：本文介绍了一种基于STC89C52的超声波语音测距仪的设计。系统由STC89C52单片机做主控MCU，连接超声波模块HC-SR04、语音模块WT588D和液晶显示模块LCD1602构成，能够在LCD上显示测距距离，同时进行实时语音播报，在超出预设距离范围时能够报警。经实物验证，该设计具有硬件结构合理、语音播报正常、测量精度高等特点。

关键词：单片机 超声波测距 语音提示 WT588D

中图分类号：TN912.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）07-0018-02

1 引言

声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。超声波是指频率超过20KHz的声波，在均匀介质中能够定向直线传播，具有良好的束射性和方向性[1]。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，并且超声波的速度相对于光速要小很多，它的传播时间容易检测，强度也易于控制。因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。

2 超声波测距的工作原理

本文采用渡越时间检测法（时间差距检测法）来测量距离。超声波探头向外发射超声波，遇到障碍物阻拦就会反射回来。超声波从发射开始计时到接受到反射波停止计时，记录总时间T，则障碍物与探头之间的距离为：s=vT/2。其中v为超声波在空气中传播的速度。

考虑到超声波传播速度与环境温度的关系，即：，其中=331.5m/s为0℃时的声速[2]；表示温度，单位是℃。因此超声波测量距离可以修正为：

3 系统硬件设计

本系统由STC89C52单片机作为控制芯片，连接超声波发射和接收电路、液晶显示电路、语音播报电路等部分构成，超声波模块用来发射和接收超声波，所需时间由单片机定时器记录，并通过温度传感器测量当时温度，经过计算，在1602液晶显示屏上显示结果，同时语音模块进行实时语音播报，通过按键设定最短距离，当测量的距离小于设定的距离，就会触发报警电路进行报警。

3.1 STC89C52最小系统

3.2 超声波发射和接收电路

超声波发射和接收电路采用HC-SR04超声波模块，其主要参数[4]如下：（1）典型工作用电压：5V；（2）超小静态工作电流：小于2mA； （3）感应角度：不大于15度；（4）探测距离：2cm～450cm；（5）精度：可达 0.2cm。

该模块有四个端口，如图3所示。其工作原理是：（1）给脉冲触发引脚Trig端输入最少为10μs的高电平信号；（2）输入高电平信号后，波模块自动发送8个40kHz的方波，在发送方波后再进行自动检测有没有信号返回；（3）如果检测到有信号返回时，则通过Echo端口输出一个高电平，这个高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，然后就可以计算出距离。

3.3 语音播报电路

该电路采用的是WTW-16P模块，如图4所示。该模块内部采用WT588D-20SS语音芯片作为核心控制电路，包含了SPI-FLASH、复位电路、震荡电路等外围电路。WT588D是一款可重复擦除烧写的语音单片机芯片，配套WT588D VoiceChip上位机操作软件可随意更换任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可[5]。

本设计采用三线串口控制模式，通过片选CS（P02）、数据DATA（P01）、时钟CLK（P03）三个串口可以对语音芯片进行控制，不需要采用按键，支持PWM音频输出，直接驱动扬声器。

3.4 液晶显示电路

液晶显示电路采用LCD1602，3脚V0是液晶显示器的对比度调整端，在3脚外接一个电阻并且与地相接是用来调节液晶的亮度，4脚为RS寄存器选择，高电平时是数据寄存器，低电平时是选择指令寄存器。5脚读写信号线，高电平时是读操作，低电平时是写操作，6脚使能端，当使能端从高电平跳变到低电平时，液晶模块执行命令。

3.5 温度传感器

温度传感器采用DS18B20数字温度传感器。该传感器支持“一线总线”接口方式。测量范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。单片机通过一个I/O口（P2.5）与DS18B20连接，可实现两者之间的双向通讯[6]。

4 系统软件设计

系统软件主要由主程序、中断子程序、显示子程序、语音播报子程序等部分组成。

4.1 主程序流程图

主程序首先是系统初始化，并且启动温度检测，超声波模块在上电后发射超声波，当超声波遇到障碍物时就会反射回来，接收到回波后，通过单片机计算，在液晶上显示出距离并且开始语音播报。当测出的距离超出了设定范围，就会触发报警电路，并进行报警。

4.2 中断程序设计

超声波测距系统采用了外部中断0检测是否有超声波回波。一旦有接收到超声波回波信号，就会立即进入中断程序。进入中断后，计时器T1停止计时，并计算测量的距离。

4.3 语音播报子程序

语音模块子程序，直接从单片机发地址数据触发语音进入播报状态，当超声波开始测距后，语音模块开始工作，并通过BUSY端口设置，开始实时播报，当距离超过设置的范围就会触发报警电路。

该模块需要通过这种芯片专有的上位机进行下载语音，通过程序编写，用单片机控制，实现语音实时播报的功能。

5 结语

本文利用单片机芯片STC89C52设计的超声波语音测距仪，将测量结果用LCD液晶显示，用WT558D语音模块进行实时播报，采用HC-SR04超声波模块和DS18B20温度补偿电路，提高了测量精度，并具有超限报警功能。本语音测距仪经仿真和实物验证，操作简单、性能稳定、测量精度高、具有较好的推广价值和应用前景。

参考文献

[1]吴超，戴亚文.基于AT89S52单片机的超声波测距系统的设计[J].中原工学院学报，2008，19（5）：65-68.

[2]沈燕，高晓蓉等.基于单片机的超声波测距仪设计[J].现代电子技术，2012，35（7）：126-129.

[3]陈贵银.单片机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2011.

[4]深圳市捷深科技有限公司.HC-SR04超声波测距模块说明书[M].深圳：深圳市捷深科技有限公司，2010.

[5]广州创唯电子有限公司.WT558D语音芯片/模块使用电路[M].广州：广州创唯电子有限公司，2010.

[6]张军.智能温度传感器DS18B20及其应用[J].仪表技术，2010（4）：68-70.

摘要：本文介绍了一种基于STC89C52的超声波语音测距仪的设计。系统由STC89C52单片机做主控MCU，连接超声波模块HC-SR04、语音模块WT588D和液晶显示模块LCD1602构成，能够在LCD上显示测距距离，同时进行实时语音播报，在超出预设距离范围时能够报警。经实物验证，该设计具有硬件结构合理、语音播报正常、测量精度高等特点。

关键词：单片机 超声波测距 语音提示 WT588D

中图分类号：TN912.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）07-0018-02

1 引言

声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。超声波是指频率超过20KHz的声波，在均匀介质中能够定向直线传播，具有良好的束射性和方向性[1]。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，并且超声波的速度相对于光速要小很多，它的传播时间容易检测，强度也易于控制。因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。

2 超声波测距的工作原理

本文采用渡越时间检测法（时间差距检测法）来测量距离。超声波探头向外发射超声波，遇到障碍物阻拦就会反射回来。超声波从发射开始计时到接受到反射波停止计时，记录总时间T，则障碍物与探头之间的距离为：s=vT/2。其中v为超声波在空气中传播的速度。

考虑到超声波传播速度与环境温度的关系，即：，其中=331.5m/s为0℃时的声速[2]；表示温度，单位是℃。因此超声波测量距离可以修正为：

3 系统硬件设计

本系统由STC89C52单片机作为控制芯片，连接超声波发射和接收电路、液晶显示电路、语音播报电路等部分构成，超声波模块用来发射和接收超声波，所需时间由单片机定时器记录，并通过温度传感器测量当时温度，经过计算，在1602液晶显示屏上显示结果，同时语音模块进行实时语音播报，通过按键设定最短距离，当测量的距离小于设定的距离，就会触发报警电路进行报警。

3.1 STC89C52最小系统

3.2 超声波发射和接收电路

超声波发射和接收电路采用HC-SR04超声波模块，其主要参数[4]如下：（1）典型工作用电压：5V；（2）超小静态工作电流：小于2mA； （3）感应角度：不大于15度；（4）探测距离：2cm～450cm；（5）精度：可达 0.2cm。

该模块有四个端口，如图3所示。其工作原理是：（1）给脉冲触发引脚Trig端输入最少为10μs的高电平信号；（2）输入高电平信号后，波模块自动发送8个40kHz的方波，在发送方波后再进行自动检测有没有信号返回；（3）如果检测到有信号返回时，则通过Echo端口输出一个高电平，这个高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，然后就可以计算出距离。

3.3 语音播报电路

该电路采用的是WTW-16P模块，如图4所示。该模块内部采用WT588D-20SS语音芯片作为核心控制电路，包含了SPI-FLASH、复位电路、震荡电路等外围电路。WT588D是一款可重复擦除烧写的语音单片机芯片，配套WT588D VoiceChip上位机操作软件可随意更换任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可[5]。

本设计采用三线串口控制模式，通过片选CS（P02）、数据DATA（P01）、时钟CLK（P03）三个串口可以对语音芯片进行控制，不需要采用按键，支持PWM音频输出，直接驱动扬声器。

3.4 液晶显示电路

液晶显示电路采用LCD1602，3脚V0是液晶显示器的对比度调整端，在3脚外接一个电阻并且与地相接是用来调节液晶的亮度，4脚为RS寄存器选择，高电平时是数据寄存器，低电平时是选择指令寄存器。5脚读写信号线，高电平时是读操作，低电平时是写操作，6脚使能端，当使能端从高电平跳变到低电平时，液晶模块执行命令。

3.5 温度传感器

温度传感器采用DS18B20数字温度传感器。该传感器支持“一线总线”接口方式。测量范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。单片机通过一个I/O口（P2.5）与DS18B20连接，可实现两者之间的双向通讯[6]。

4 系统软件设计

系统软件主要由主程序、中断子程序、显示子程序、语音播报子程序等部分组成。

4.1 主程序流程图

主程序首先是系统初始化，并且启动温度检测，超声波模块在上电后发射超声波，当超声波遇到障碍物时就会反射回来，接收到回波后，通过单片机计算，在液晶上显示出距离并且开始语音播报。当测出的距离超出了设定范围，就会触发报警电路，并进行报警。

4.2 中断程序设计

超声波测距系统采用了外部中断0检测是否有超声波回波。一旦有接收到超声波回波信号，就会立即进入中断程序。进入中断后，计时器T1停止计时，并计算测量的距离。

4.3 语音播报子程序

语音模块子程序，直接从单片机发地址数据触发语音进入播报状态，当超声波开始测距后，语音模块开始工作，并通过BUSY端口设置，开始实时播报，当距离超过设置的范围就会触发报警电路。

该模块需要通过这种芯片专有的上位机进行下载语音，通过程序编写，用单片机控制，实现语音实时播报的功能。

5 结语

本文利用单片机芯片STC89C52设计的超声波语音测距仪，将测量结果用LCD液晶显示，用WT558D语音模块进行实时播报，采用HC-SR04超声波模块和DS18B20温度补偿电路，提高了测量精度，并具有超限报警功能。本语音测距仪经仿真和实物验证，操作简单、性能稳定、测量精度高、具有较好的推广价值和应用前景。

参考文献

[1]吴超，戴亚文.基于AT89S52单片机的超声波测距系统的设计[J].中原工学院学报，2008，19（5）：65-68.

[2]沈燕，高晓蓉等.基于单片机的超声波测距仪设计[J].现代电子技术，2012，35（7）：126-129.

[3]陈贵银.单片机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2011.

[4]深圳市捷深科技有限公司.HC-SR04超声波测距模块说明书[M].深圳：深圳市捷深科技有限公司，2010.

[5]广州创唯电子有限公司.WT558D语音芯片/模块使用电路[M].广州：广州创唯电子有限公司，2010.

[6]张军.智能温度传感器DS18B20及其应用[J].仪表技术，2010（4）：68-70.

摘要：本文介绍了一种基于STC89C52的超声波语音测距仪的设计。系统由STC89C52单片机做主控MCU，连接超声波模块HC-SR04、语音模块WT588D和液晶显示模块LCD1602构成，能够在LCD上显示测距距离，同时进行实时语音播报，在超出预设距离范围时能够报警。经实物验证，该设计具有硬件结构合理、语音播报正常、测量精度高等特点。

关键词：单片机 超声波测距 语音提示 WT588D

中图分类号：TN912.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）07-0018-02

1 引言

声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。超声波是指频率超过20KHz的声波，在均匀介质中能够定向直线传播，具有良好的束射性和方向性[1]。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，并且超声波的速度相对于光速要小很多，它的传播时间容易检测，强度也易于控制。因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。

2 超声波测距的工作原理

本文采用渡越时间检测法（时间差距检测法）来测量距离。超声波探头向外发射超声波，遇到障碍物阻拦就会反射回来。超声波从发射开始计时到接受到反射波停止计时，记录总时间T，则障碍物与探头之间的距离为：s=vT/2。其中v为超声波在空气中传播的速度。

考虑到超声波传播速度与环境温度的关系，即：，其中=331.5m/s为0℃时的声速[2]；表示温度，单位是℃。因此超声波测量距离可以修正为：

3 系统硬件设计

本系统由STC89C52单片机作为控制芯片，连接超声波发射和接收电路、液晶显示电路、语音播报电路等部分构成，超声波模块用来发射和接收超声波，所需时间由单片机定时器记录，并通过温度传感器测量当时温度，经过计算，在1602液晶显示屏上显示结果，同时语音模块进行实时语音播报，通过按键设定最短距离，当测量的距离小于设定的距离，就会触发报警电路进行报警。

3.1 STC89C52最小系统

3.2 超声波发射和接收电路

超声波发射和接收电路采用HC-SR04超声波模块，其主要参数[4]如下：（1）典型工作用电压：5V；（2）超小静态工作电流：小于2mA； （3）感应角度：不大于15度；（4）探测距离：2cm～450cm；（5）精度：可达 0.2cm。

该模块有四个端口，如图3所示。其工作原理是：（1）给脉冲触发引脚Trig端输入最少为10μs的高电平信号；（2）输入高电平信号后，波模块自动发送8个40kHz的方波，在发送方波后再进行自动检测有没有信号返回；（3）如果检测到有信号返回时，则通过Echo端口输出一个高电平，这个高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，然后就可以计算出距离。

3.3 语音播报电路

该电路采用的是WTW-16P模块，如图4所示。该模块内部采用WT588D-20SS语音芯片作为核心控制电路，包含了SPI-FLASH、复位电路、震荡电路等外围电路。WT588D是一款可重复擦除烧写的语音单片机芯片，配套WT588D VoiceChip上位机操作软件可随意更换任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可[5]。

本设计采用三线串口控制模式，通过片选CS（P02）、数据DATA（P01）、时钟CLK（P03）三个串口可以对语音芯片进行控制，不需要采用按键，支持PWM音频输出，直接驱动扬声器。

3.4 液晶显示电路

液晶显示电路采用LCD1602，3脚V0是液晶显示器的对比度调整端，在3脚外接一个电阻并且与地相接是用来调节液晶的亮度，4脚为RS寄存器选择，高电平时是数据寄存器，低电平时是选择指令寄存器。5脚读写信号线，高电平时是读操作，低电平时是写操作，6脚使能端，当使能端从高电平跳变到低电平时，液晶模块执行命令。

3.5 温度传感器

温度传感器采用DS18B20数字温度传感器。该传感器支持“一线总线”接口方式。测量范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。单片机通过一个I/O口（P2.5）与DS18B20连接，可实现两者之间的双向通讯[6]。

4 系统软件设计

系统软件主要由主程序、中断子程序、显示子程序、语音播报子程序等部分组成。

4.1 主程序流程图

主程序首先是系统初始化，并且启动温度检测，超声波模块在上电后发射超声波，当超声波遇到障碍物时就会反射回来，接收到回波后，通过单片机计算，在液晶上显示出距离并且开始语音播报。当测出的距离超出了设定范围，就会触发报警电路，并进行报警。

4.2 中断程序设计

超声波测距系统采用了外部中断0检测是否有超声波回波。一旦有接收到超声波回波信号，就会立即进入中断程序。进入中断后，计时器T1停止计时，并计算测量的距离。

4.3 语音播报子程序

语音模块子程序，直接从单片机发地址数据触发语音进入播报状态，当超声波开始测距后，语音模块开始工作，并通过BUSY端口设置，开始实时播报，当距离超过设置的范围就会触发报警电路。

该模块需要通过这种芯片专有的上位机进行下载语音，通过程序编写，用单片机控制，实现语音实时播报的功能。

5 结语

本文利用单片机芯片STC89C52设计的超声波语音测距仪，将测量结果用LCD液晶显示，用WT558D语音模块进行实时播报，采用HC-SR04超声波模块和DS18B20温度补偿电路，提高了测量精度，并具有超限报警功能。本语音测距仪经仿真和实物验证，操作简单、性能稳定、测量精度高、具有较好的推广价值和应用前景。

参考文献

[1]吴超，戴亚文.基于AT89S52单片机的超声波测距系统的设计[J].中原工学院学报，2008，19（5）：65-68.

[2]沈燕，高晓蓉等.基于单片机的超声波测距仪设计[J].现代电子技术，2012，35（7）：126-129.

[3]陈贵银.单片机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2011.

[4]深圳市捷深科技有限公司.HC-SR04超声波测距模块说明书[M].深圳：深圳市捷深科技有限公司，2010.

[5]广州创唯电子有限公司.WT558D语音芯片/模块使用电路[M].广州：广州创唯电子有限公司，2010.

[6]张军.智能温度传感器DS18B20及其应用[J].仪表技术，2010（4）：68-70.