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超声波测距仪的设计与制作

作者:admin 发布日期:2019/1/10 关注次数: 二维码分享

随着社会的不断进步,汽车逐步进入到普通家庭,汽车中的各种电子设备越来越方便化和人性化,这其中倒车雷达是保证汽车安全性能的一个重要电子模块。现在市场上所使用的倒车雷达其实就是一种常见的超声波测距仪,驾驶者在倒车时,启动倒车雷达,在单片机的控制下,有装在车尾的超声波探头发射超声波,当遇到车后有障碍物时,产生回波信号,超声波接收头接收到回波信号后经过单片机进行数据处理,通过计算时间差就可以测量出两者之间相隔的距离。同时,还可以通过显示模块或发声模块向外输出信号,提示驾驶者后方障碍物的距离,使其对倒车动作有个预先判断。由此可以看出超声波测距是当前非常流行的一种非接触式的测距方式,其测距方式不易受外界影响,更适宜在有强电磁波、灰尘或烟雾的环境中进行测量,而且对于一些透明的物体更有其优越性。相比于激光测距和微波测距,超声波的测量精度不是很精密,但其硬件电路容易实现,结构简单,造价低廉,在一些倒车雷达,流量测量,液面监控,物体变形检测等方面还是有广泛的应用。



1 系统设计要求和设计思路

本系统设计采用AT89S51单片机作为核心控制芯片,使用SRF08型超声波测距模块对障碍物位置进行检测。当检测到障碍物距离超声波模块小于5米时,系统指示灯亮起,并发出单次提示音;当障碍物继续靠近,距离超声波模块小于3米时,系统的蜂鸣器开始发出间隔不同的连续报警音,距离越近报警音的间隔越小,直到报警音成为长音报警声。在发出报警声的同时,通过液晶显示器显示当前的距离,方便使用者有一个量化的数据。

1.1 超声波测距技术介绍

超声波是指振动频率大于20KHz以上的声波,由于其振动的频率非常高,超过了人耳听觉的频率范围,因此人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性,利用超声波的这些特性以及与物体作用产生的各种效用而设计的传感器叫做超声波传感器,由于其检测方便、迅速,计算方法简单且精度较高,所以经常在使用在距离测量方面。

超声波传感器根据原理不同可以分为压电式、电磁式和磁致伸缩式等。其中,压电式超声波传感器使用最为常见,它是根据压电效应的原理制作而成,既可以作为发射器也可以作为接收器使用。压电式超声波传感器是由压电晶片、吸收块、保护膜、引线等组成。当作为发射器时,给传感器两级加上一个频率等于压电晶片固有振荡频率的脉冲信号时,压电晶片将会发生振动,继而向外发出超声波;当作为接收器时,传感器两级不加电压,当其接收到超声波时,压电晶片随之振动,并将机械能转换为电信号。超声波模块测距原理是根据发出超声波后到检测到回波信号的时间t来计算传感器和障碍物的距离,由于已知声波的速度,其计算公式如下:距离=340*t/2。

1.2 SRF08型超声波测距模块简介

SRF08型超声波测距模块采用I2C总线接口设计,可以与多种单片机配合使用,其使用方便,操作方法完全按照I2C总线协议来处理。SRF08型超声波测距模块的工作特性如下:工作电压为+5V;工作电流最大为50mA,典型值为30mA;工作频率为40KHz,距离范围为3cm―6m;探测半径大于2m时,敏感度为3cm;当输入10us的TTL脉冲信号时,将产生超声波信号;回波脉冲也是TTL电平信号;可以设置为人工神经网络模式。由两个超声波探头和基础板组成,其中引出5个引脚与外界通信与控制,这5个引脚分别是VCC,SDA,SCL,NC,GND。SRF08型超声波测距模块可以设置为测距模式和ANN模式两种工作模式,本文主要介绍测距模式。在测距模式下,每向命令寄存器写入一次命令就会启动一次测距,同时清除回波记录缓冲区中的数据,测量得到的结果按照顺序以2个字节为单位依次存入寄存器中。如果要修改SRF08型超声波测距模块地址,则需要向I2C总线上的地址依次写入0xA0,0xA5,0xAA,之后再写入修改地址。

2 硬件电路设计

超声波测距仪的硬件设计主要是以AT89S51单片机为核心,并配有复位电路和时钟电路,外围主要电路模块包括:测距模块,显示模块,按键模块,发声模块。由于SRF08型超声波测距模块采用I2C总线协议,与单片机通信只需要SDA和SCL两根通信线,硬件连接相对比较简单。显示模块采用LCD液晶显示,P0口连接8根数据引脚,P2口的三根引脚连接控制引脚,其它外部设备例如蜂鸣器、LED指示灯、按键等通过三极管或电阻直接与单片机IO引脚连接即可。硬件原理图如图1所示。

3 软件程序设计

本系统的单片机内部程序主要是实现从SRF08型超声波测距模块中读取距离信息,之后进入到单片机内部处理,并通过LCD显示出来,这当中还与程序中的设定值进行比较,控制指示灯和蜂鸣器发出光信号和声音报警。整个程序分为主程序,超声波测距子程序,显示子程序,延时函数等。主程序流程图如图2所示。

4 结语

本文给出了一种采用SRF08型超声波测距模块设计并制作超声波测距仪的方法。利用测距模块测量距离并通过I2C总线协议输出距离信息,这种集成模块的使用符合现今电子产品设计的主流,具有硬件设计简单,软件设计实现容易等特点,具有一定的推广价值。对于后期的功能扩展,可以增加存储功能和语音播报功能,使超声波测距仪的功能更加完善。

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