基于单片机的超声波测距报警系统的设计

李杰

摘要：此系统主要是由单片机以及其他外部电路构成了硬件部分，程序组成了软件部分。通过超声波的发射和接收，将信号传到到单片机。经过信号数据收集分析、计算和处理，传输至显示器。如果测量距离小于设定值，则及时通过报警模块发出报警信号。经过测试，该系统误差小，灵敏度高，能够实现相应功能，可以有效降低倒车事故的发生率，提高其安全性能。

关键词：超声波；测距；单片机

中图分类号：TP274+53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）09-0007-02

超声波测距报警，是一种不直接接触性的检测手段。向外界周围发射的超声波信号，是通过发射器来完成的。利用超声波在传播过程中，从发射到接收所用的时间，从而计算得到障碍物的具体距离。控制器通过系统分析和处理，提前设定好安全距离，如果小于此安全距离，由报警装置报警。

1 总体设计方案

此设计由电源，单片机，超声波传感器，显示器，按键，报警系统组成。通过超声波的发射和接收，将信号传到主控制器模块。经过数据收集、计算和处理，传输至显示器显示，如果测量距离小于设定值，则通过报警模块发出报警信号。系统框图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 HC-SR04超声波测距模块

采用非直接接触的测距方式，可测距离最少为2～300cm远，测量精度可达到3.0mm。该测距模块包括了超声波发射器、接收器与控制电路三部分[2]。基本工作原理如下：

（1）采用I/O口TRIG触发的测距方法，提供最少10μs的高电平电信号；

（2）8个自行发送的方形波大小为40KHz，通过该模块发送，自动检测返回的信号；

（3）当有信号返回来时，则证明给与的电平为高电平，超声波通过I/O口ECHO，从发射到返回时所使用的时间，即为持续的高电平时间[3]。

如图2所示为超声波电路图。该电路由4个端口组成，端口功能分别为：端口1为接地端，端口2为数据接收端，端口3为数据发送端，端口4接电源。

2.2 蜂鸣器报警模块

用一个蜂鸣器和三极管、电阻接到单片机的P1.3引脚上，构成声音报警电路，如图3所示为声音报警电路。通过给单片机P1.3引脚输出一个电平信号，当输出信号为低电平时，蜂鸣器报警；当输出信号为高电平时，蜂鸣器不报警。

2.3 显示模块

该模块由4个数码管连接而成。用来直观的显示测量到的实际距离，可以为驾驶者实时显示测量到的數据，让人一目了然。

3 软件设计

主程序工作流程图（见图4）。

在开始状态下，系统处于初始化，通过按键设置，先设置好安全距离，汽车防撞设计通过发射超声波测距，先判断测量值是否小于设定值。如果小于设定值，则系统报警，接着显示距离；如若大于设定值，则直接显示距离。然后返回继续执行距离测量。

4 结语

以墙为参照物，通过按键设置下限报警距离为0.50m。所得到的实验数据与实验结果分别如表1、表2所示。

由于装置与参照物的角度等因素的存在，所以导致误差的产生，但该误差都在允许的误差范围之内。

经过实验数据和实验结果分析，该系统灵敏度高，存在一定的误差，但都在误差范围之内，能够实现其相应功能，达到设计要求，完成了设计任务。

该设计将会减少和降低汽车倒车过程中所带的危险和威胁，为自己和身边的人多提供了一份保障与信赖。在科技高速发展的今天，超声波测距在汽车防撞报警系统中的应用相信在不久的将来，将会变得更加智能化和先进化，更多和更加人性的服务，或许都将在它的身上有所升级和应用。

参考文献

[1]杜永峰.基于单片机的红外报警系统[J].电子世界，2014，（7）：41-42.

[2]尹克，高明煜，陈吉锋.车载可视倒车装置的设计与实现[J].杭州电子科技大学学报，2007，27（4）：1-4.

[3]杨玉振.遥操作机器人平台研究[D].济南大学，2014.