超声波测距系统
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【摘要】本文介绍了一款基于一种基于STC89C52RC单片机的超声波测距系统，该系统由单片机控制模块，测距模块，显示模块、报警模块四大部分构成，能够实现测距，显示，报警等功能。
【关键词】单片机;超声波;测距
1.引言
随着社会的发展，机动车的数量日益增长，由于驾驶员的技术和对障碍物远近的主观判断失误引起的交通事故占很大的比例，所以倒车雷达的作用越来越重要，研究倒车雷达也是现在比较热门的一项技术，而倒车雷达中最重要的指标是测距的精度。本文所设计的超声波测距系统采用的是以STC89C52RC单片机为主控的超声波测距倒车雷达系统，当车子进入警戒区域时，能够实时的报警提醒驾驶员，提高驾驶的安全性。
2.超声波测距系统设计
超声波测距系统主要由单片机控制模块、超声波测距收发模块、LCD显示模块、报警模块组成，能够测量（2cm～4m）范围内的障碍物，超声波测距系统框图如图1所示。
图1 超声波测距系统框图
工作时，NE555芯片产生40kHz频率供给超声波测距接收模块，然后由主控模块单片机STC89C52RC芯片对数据进行分析处理计算出具体的距离，并传送到LCD12864液晶屏显示测量的结果，共同组成一个倒车雷达系统。
2.1 单片机控制模块的设计
STC89C52RC是STC公司生产的一种高性能、低功耗的CMOS 8位微控制器，它在经典的MCS-51内核做了很多改进，芯片内部具有 8K 在系统可编程Flash存储器。具有传统的51单片机所不具备的功能。
单片机控制模块是一个单片机最小系统，由电源电路、时钟电路和复位电路组成。单片机最小系统电路图如图2所示：
图2 单片机最小系统电路
2.2 超声波发射模块
当超声波利用声波的传送来测量距离时，需要一个40KHz的频率，来使超声波测距工作。40KHz的频率可以用单片机产生，也可以用NE555产生。NE555产生的频率稳定控制方便。如图3所示，当SW1开关拨到VCC端时，NE555连续发射频率;当接到KZ端时，由单片机来控制是否发射频率，RST为高电平时发射，低电平时不发射。40KHZ_SEND将产生占空比约为1：2的40kHz的频率，40KHZ_SEND接到超声波测距收发模块。
图3 超声波发射模块
2.3 超声波接收模块
集成电路芯片CX20106A是一款专用于检波接收的，可以对超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能，具有很强的灵敏性和抗干扰能力。当CX20106A接收到40kHZ的信号时，会在芯片第7脚产生一个低电平下降沿脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚，作为中断信号输入，也可以利用它制作超声波接收电路。超声波接收模块如图4所示。
图4 超声波接收模块
2.4 显示模块
显示模块选用的是性价比较高，编程比较容易的LCD12864液晶模块。它具有多种串行和并行多种接口模式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵液晶显示模块;显示分辨率为128×64，可显示8×4 行16×16 点 阵的汉字. 也可完成图形显示。
3.软件设计
超声波测距的原理为超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器反射物体的距离。距离的计算公式为：
d=s/2=（c×t）/2
其中，d为被测物与测距仪的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。
在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，显示结果，和给定的警戒距离进行比对，如果小于警戒距离开始报警。超声波测距系统流程图如图5所示。
图5 超声波测距系统流程图
4.结束语
经过实验测试，在4米之内，角度小于15°的情况下，超声波测距系统的显示结果相对比较准确，但不足之处是当距离比较远，角度比较大时，超声波测距系统的显示结果误差还是挺大的，还需要继续改进。
参考文献
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