[发明专利]基于单片机的短距离超声波测距系统

说明书

技术领域

 本发明属于声电测量技术领域，特别涉及一种基于单片机的超声波短距离测量系统。

背景技术

近二十多年来各种测距方案层出不穷，先后产生了激光测距，微波雷达测距，红外，CCD立体视觉测距和超声波测距等多种非接触测距方式。其中，因为激光的直线性好，所以测距的精度最高，但它易受环境影响、成本高、维护不便。微波雷达技术同样存在费用问题，故而只在军用领域得到普及应用。红外测距当然价格低廉，制造方便，安全，但精度低、方向性差是其致命缺点。CCD立体视觉系统虽然成本高，但是可以探测前方斜面物体。缺点是受光照、雾霾、雨雪等天气的影响大，并且处理器的开销十分巨大。超声波测距仪器作为非接触测量技术，以其独特的优点而备受消费者的青睐。超声波测距系统不易受光线，天气，电磁波等的干扰，成本低廉，操作方便。而且，超声波可以在固气液等不同形态的物质中传播，对于汽车倒车雷达等测距精度没有过分要求的场合应用尤为方便。现有的超声波测距方案其盲区大部分都在3cm以上，测量精度不足1cm，而且基于分离温度传感器DS18B20的占了大多数，还没有基于集成模块的温度补偿及处理方案。传统方案较少应用报警电路以提示用户超过量程或者一定距离内发出警告。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于单片机（C8051F340）的短距离超声波测距系统，该系统可以实现实时非接触测距，且不受雨雪等天气的影响，自带温度补偿精度高，同时可以报警显示，实现良好的人机交互。本发明原理清晰，所用器件都是常用常提原件，实现简单，单片机功能丰富，如有其它特殊要求，还可以自行扩展功能。

本发明提供的基于单片机（C8051F340）的短距离超声波测距系统，包括单片机C8051F340、自带温度补偿功能的超声波块US-100、数码显示管和蜂鸣器；超声波传感模块US-100与单片机C8051F340双向连接，单片机C8051F340同时分别连接数码显示管和蜂鸣器。

单片机C8051F340是本发明的主控芯片，控制超声波模块工作，并通过自带的定时器计算超声波的收发时间差并得出距离，实时显示在数码管上，当超过系统的量程时单片机驱动蜂鸣器产生警报以提醒用户。

自带温度补偿功能的超声波传感模块US-100，是一个高度集成功能齐全的超声波收发和信号处理模块，精度高处理能力强，在单片机的控制下产生超声波信号，接收超声波信号，同时处理超声波信号，包括完成信号的放大、补偿等。

数码显示采用4位并行显示，用0.56英寸共阳数码管，ss8550三极管并行驱动，可直接与单片机相连，用于实时显示测量距离，实现人机交互。

蜂鸣器受单片机控制，用于提示用户所测距离是否超过量程2cm-4.5m，超过系统量程便以发声的方式提醒客户。

所述的单片机C8051F340有多达64KB的片内FLASH存储器，256字节的RAM，处理能力强，与8051完全兼容，所以，应用电路成熟稳定。其4个通用的16位定时器，40个I/O端口完全满足本系统的设计要求。

所述的自带温度补偿功能的超声波传感模块US-100功能强大，消除了温度变化引起的测量误差，精度高，可达0.3cm，处理能力强，该模块在单片机的电平触发控制下产生40khz的声波，效率最高。US-100超声波测距模块可实现2cm~4.5m的非接触测距功能，拥有2.4~5.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠，US-100共有VCC、TRIG、ECHO和两个GND共5个接口，其中VCC接5V电源，GND合并接地，TRIG和ECHO分别接单片机的P3.6口和P3.7口。单片机的P3.6口控制发出一个10us的高电平，就可以再P3.7口等待高电平输出，一有输出就可以打开定时器定时，同时模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对结果进行修正，当P3.7变成高电平时，停止计时，根据时间差方可算出距离，如此不断的周期测，就可以达到移动实时测距目的了。

所述的4段数码显示管可以实时显示测量距离，实现人机交互，其中abcdefg和dp分别接单片机的P2.0~P2.7口，显示单位为米。

所述蜂鸣器在测量距离超过2cm-4.5m的测量范围时自动报警，其中单片机的P3.5口通过一个1KΩ的限流电阻接到PNP型三极管8550的基极，集电极接蜂鸣器的正极，该模块可实时提示用户测量距离是否在量程之内。

 

本发明的优点和有益效果