基于单片机的超声波测距系统设计与实现

李倩

摘 要：文章设计实现了基于单片机的超声波测距系统，该系统使用STC89C52芯片作为核心，外加一个超声波传感器，通过传感器进行超声波的发送与接收，并且使用STC89C52芯片可以拓展计时功能。这样就可以方便地得出超声波的传输时间，进而得出所要测量的距离。

关键词：超声波；传感器；STC89C52

1 系统概述

本系统设计了一种超声波测距报警系统，该系统以STC89 C52单片机为核心主键，在其基础上进行拓展和开发，使其达到智能测距并报警的功能。该功能的实现，对单片机进入生活这一角色有了更好地诠释，电子产品正在不断地改善人们的生活状态，让人们的工作和生活更加有效率[1]。这种报警器最大的优点是使用简洁、携带方便、准确率高。随着社会的不断发展，相信其未来会有更好的发展，并且可以更加完善地帮助人们解决工作上的问题。超声波测距系统设计方框图如图1所示。

本系统的设计方案包含两个部分：软件设计和硬件设计。电路结构可分为单片机控制电路、超声波传感器和蜂鸣器。硬件包括单片机、输入输出设备和外围应用电路。系统部分采用STC89C52作为核心控制单元。当测量的距离达到设定值时，蜂鸣器将会报警[2-5]。

2 系统硬件

2.1 主控制模块

主控制模块最小系统电路如图2所示。

2.2 电源模块

在電源模块中，需供给稳定的4.5 V电压，所以该设计使用5号干电池3节，以提供所需的电量。

2.3 超声波测试模块

本系统选择了HC-SR04模块，范围在2～400 cm，模块可测量，测距精度高达3 mm。该模块由3个重要部分组成，即超声波发射器、接收器和控制电路。该实验的工作原理是将TIG作为测距仪，使其IO的高电平信号可以小于10 μs，此时模块将主动发送8个40 kHz方波，并可以检测是否有信号返回。如果返回一个信号，将从回波端口输出高电平。

测量距离=（高电平时间×声速）/2。单位为：m。

在该实验的实际测试功能中，两个函数共同组成了该实验的程序。在实际测量中，定时器0用于定时测量，此时让0XCE为TCNTT0预置值。当中断次数达到2 500次时，计时器为125 ms，公式为：

T=（定时器0溢出数×（0xFF-0xCE））/1 000（单位：MS）在实际测量情况下可能是由于不同频率的定时器0的初始值的差异引起的。

2.4 声音报警电路模块

由单片机P1.3口输出信号控制蜂鸣器报警。由于单片机输出信号弱，需用三极管增强其驱动能力，蜂鸣器才能正常工作[6-8]。报警电路如图3所示。

此电路采用了一个三极管、一个报警器和一个2K的电阻，他们一起接入到P13的引脚上，组成了声音报警电路。

3 系统软件设计

主程序如图4所示。

4 结语

使用超声进行测距，这种检测距离的技术，其不受被测对象的位置、外界光线的明亮程度等因素的影响，并且相对于其他一些测量仪器来说，具有耐久性好、无污染、可靠性高、使用寿命长等优点。

目前超声波测距在很多方面都达到较好的利用，如今广泛应用在液位的测量、汽车的倒车装置、移动机器人的定位和避障等方面。但是还有一些不稳定的因素一直影响使用。未来超声波测距的研究方向可能会逐渐偏向超声波传播速率的稳定性和视野盲区的缩小等方面。

[参考文献]

[1]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[J].锦州师范学院学报，2011（12）：26-28.

[2]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2014.

[3]余锡存.单片机原理及接口技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[4]唐桃波，陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器[J].电子设计应用，2013（6）：49-51.

[5]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[6]薛均义，张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安：西安交通大学出版社，2015.

[7]徐爱钧，彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.

[8]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：高等教育出版社，2014.