基于单片机的超声波报警系统设计

曾勇

【摘 要】STC89C52是STC系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动化控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能性受到了广大电子设计爱好者的好评。本次设计的超声波报警系统主要是围绕STC89C52单片机、超声波传感器来完成测距报警系统的制作，以STC89C52为主控芯片，利用超声波对距离的检测，将与前方物体的距离探测出来，然后由STC89C52单片机处理运算，并与预先设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，STC89C52发出指令控制蜂鸣器报警。

【关键词】超声波传感器；STC89C5

由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，同时也更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离以及方向）。所以，超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。

1 设计方案

本超声波报警系统采用STC89C52单片机作为核心控制单元。硬件电路结构由单片机最小系统、超声波传感器、蜂鸣器、1602液晶显示器等组成。软件划分为主程序和数据采集、按键控制、液晶显示、报警等子程序。正常情况下，将测量的距离在1602显示器显示出来。当测得的距离小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较处理，然后控制蜂鸣器报警。

2 系统硬件电路图

硬件电路设计如图1所示，由STC89C52、超声波传感器、按键、液晶显示器、蜂鸣器等一些电路组成。其中D1为电源指示灯。电路中用到4个按键：一个是设定键S4、一个加键S3、一个减键S2以及一个复位键S1。

图1 硬件电路图

2.1 超声波测试模块

超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供2cm～400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。其中，VCC为电源端，GND为接地端，TRIG为触发控制信号输入端，ECHO为回响信号输出端。超声波模块实物如图2所示。

图2 超声波模块实物图

超声波探测模块HC-SR04的基本工作原理：IO口触发，给TRIG口至少10us的高电平，启动测量；模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/2，单位为m。程序中测试功能主要由两个函数完成。

2.2 显示模块

本次设计中的显示模块采用LCD1602液晶显示，其接口电路如图3所示。

图3 LCD1602显示电路 图4 声音报警电路图

2.3 声音报警电路

如图4所示，用一个蜂鸣器、三极管和电阻接到单片机的P13引脚上，构成声音报警电路。

2.4 按键电路

本次设计的基于单片机的超声波报警系统由四个按键来实现所需相关功能，分别为S1系统手动复位按键、S2系统报警距离减小设置按键（每按一次减小0.01m）、S3系统报警距离增大设置按键（每按一次增大0.01m）、S4系统报警距离设置/确认按键。

3 系统软件

软件分为主程序和数据采集、按键控制、液晶显示、报警等子程序。

4 工作过程

按下电源开关，系统启动，将测量的距离在1602显示器显示出来。

若需要将报警距离缩小，则先按下S4进入系统报警距离设置状态，再按下S2将距离调整至所需报警距离，最后，再次按下S4确认设置即可。

若需要将报警距离增大，则先按下S4进入系统报警距离设置状态，再按下S3将距离调整至所需报警距离，最后，再次按下S4确认设置即可。

【参考文献】

[1]李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础[M].北京航空航天大学出版社，2007第三版.

[2]薛均义，张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安交通大学出版社，2005.

[3]王倢婷.传感器及应用[M].中国劳动社会保障出版社，2007第一版.

[责任编辑：王楠]