基于51單片機的HC_SR04超聲波測距系統(tǒng)制作

1、Word 格式基于 51 單片機帶溫度補償的HC-SR04超聲波測距系統(tǒng)利用從網上購買的HC-SR04超聲波模塊制作了一個測距裝置，HC-SR04自身不帶溫度補償功能，所以加上一個使用DS18B20做的溫度測量模塊。整個系統(tǒng)包括：51 單片機最小系統(tǒng)，超聲波測距模塊、溫度測量模塊、液晶顯示模塊。使用了如下主要元器件：元件說明數量STC90C516RC51 單片機1HC-SR04超聲波測距模塊1DS18B20溫度測量模塊1lcd1602液晶顯示模塊1系統(tǒng)電路圖51 單片機最小系統(tǒng)單片機型號：STC90C516，晶振：12Mhz。自己動手焊接的最小系統(tǒng)板。LCD1602A液晶顯示模塊：HC-SR0

2、4超聲波測距模塊HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm至 400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達3mm；模塊自身包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。實物正反兩面圖HC-SR04電氣參數：HC-SR04工作原理及說明：1、 給 Trig 觸發(fā)控制信號IO 端口至少10us 的高電平信號；2、 模塊自動發(fā)送8 個 40khz 的方波，并自動檢測是否有信號返回；3、 有信號返回時，Echo回響信號輸出端口輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間；4、 兩次測距時間間隔最少在60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響；超聲波時序圖單片機控制HC-SR04超聲波測距說明：

3、原理圖中，單片機的P1.7 口接HC-SR04的 Trig 端口， P1.6 口接HC-SR04的Echo端口，超聲波在傳播時碰到障礙物即返回，HC-SR04模塊收到回波信號后Echo 口輸出一個高電平，單片機檢測到高電平后即啟動計數器開始計數，直到單片機檢測到Echo 口變成低電平后結束計數，計數器的計數值乘以單片機計數周期就是超聲波從發(fā)射到接收的往返時間，即距離S=v*t/2 ；由于在室溫下，聲速受溫度的影響，其變化關系為：V=334.1+T*0.61（T 為當前溫度），利用 DS18B20溫度傳感器可以得到環(huán)境溫度，補償溫度對聲速的影響。當溫度高于26 度或低于14 度時，上述公式不能完

4、全滿足對測量的修正了，所以高于26 度時取 26 度，低于14 度時取 14 度。距離計算公式為：S=（334.1+T*0.61）*N*T 0/2T：當前環(huán)境溫度值N：計數值T0：單片機計數周期=晶振頻率/12（ 微秒 ）HC-SR04測量存在不穩(wěn)定性，所在對同一距離進行多次測量，并對測量結果排序，去除最大和最小值，將余下的求平均值。程序流程圖：完美整理程序代碼：/* 程序：基于HC-SR04的超聲波測距系統(tǒng)* 單片機型號：STC90C516 12MHz* 說明：按下K1 鍵后，指示燈點亮，開始連續(xù)進行7 次超聲波測距，每次測距間隔80ms，完成后對7 次結果排序并將最大的2 個數值和最小的2

5、 個數值去除，對剩余的* 3 個數值取平均值。完成后指示燈滅，輸出結果到LCD1602上。測量超出范圍則發(fā)出報警聲。使用兩個IO 端口控制HC-SR04觸發(fā)信號輸入和回響信號輸出，T0 定時器用于時間計數。使用DS18B20測量環(huán)境溫度，聲速公式：V=334.1m/s+Temperature*0.61 ，單片機晶振為12Mhz(11.953M) ，計數時為T=1us計算公式：S=(334.1m/s+Temperature*0.61)*N*T/2， N為計數值=TH0*256+TL0*/* 包含頭文件*/#include <reg51.h>#include <intrins.h

6、>#define Delay4us()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/ 無符號 8 位/ 無符號16 位/ 無符號32 位/* 宏定義 */#define uchar#define uint#define ulongunsigned charunsigned intunsigned long/ 測量的距離值/ 聲速/ 單片機計數周期/ 數值轉字符串緩沖/* 全局變量定義*/sbit K1=P10;/ 按下 K1 后，開始測距sbit LEDRed=P11;/ 測距指示燈，亮表示正在測距，滅表示測距完成sbit BEEP=P15;/ 報警測量超出范圍sbi

7、t Trig=P17;/HC-SR04 觸發(fā)信號輸入sbit Echo=P16;/HC-SR04 回響信號輸出float xdata DistanceValue=0.0;float xdata SPEEDSOUND;float xdata XTALTIME;uchar xdata stringBuf6;/LCD1602 提示信息 uchar code Prompts16= "Measure Distance", "- Out of Range -", "MAX range 400cm ", "MIN range 2cm &q

8、uot;, ""," Press K1 Start " ;uchar xdata DistanceText="Range:uchar xdata TemperatureText="Temperature:/ 測量距離/ 超出測量范圍/ 測距最大值400cm/ 測距最小值2cm/ 清屏/ 按鍵開始測量"/"/測量結果字符串測量溫度值/* 外部函數聲明*/extern void LCD_Initialize();extern void LCD_Display_String(uchar *, uchar);extern

9、void ReadTemperatureFromDS18B20();extern int xdata CurTempInteger;/ 毫秒延時函數void DelayMS(uint ms);/20 微秒延時函數void Delay20us();/HCSR04 初始化void HCSR04_Initialize();/ 測量距離float MeasuringDistance();/ 測距的數值排序求平均float DistanceStatistics();/ 輸出距離值到LCD1602上void DisplayDistanceValue(float dat);/ 將無符號的整數轉成字符串，返回

10、字符串長度，不包括'0' 結束符uchar UnsigedIntToString(uint value);/ 蜂鳴器void Beep(uchar time);/ 顯示溫度值void DisplayTemperatureValue();/ 測量距離float MeasuringDistance()/ 最大定時時間約65msTH0=0;TL0=0;/ 生成 20us 的脈沖寬度的觸發(fā)信號Trig=1;Delay20us();Trig=0;/ 等待回響信號變高電平while(!Echo);TR0=1;/ 啟動定時器0/ 等待回響信號變低電平while(Echo);TR0=0;/ 關

11、閉定時器0/ 返回距離值(mm)return (SPEEDSOUND*XTALTIME*(float)TH0*256+(float)TL0)/2000; /HCSR04 初始化void HCSR04_Initialize()/ 計算單片機計數周期晶振 =11.953M 單位 usXTALTIME=12/11.953;/ 溫度 25 度時聲速的值SPEEDSOUND=334.1+25*0.61;Trig=0;Echo=0;TMOD=0x01;/ 輸出距離值到LCD1602上void DisplayDistanceValue(float dat) uchar i=0,j=0,len;uint va

12、lue;value=(uint)dat;/ 范圍檢查大于4000mm和小于20mm都為超出測量范圍if(value>4000) LCD_Display_String(Prompts1,0x00);LCD_Display_String(Prompts2,0x40); Beep(2);else if(value<20)LCD_Display_String(Prompts1,0x00);LCD_Display_String(Prompts3,0x40); Beep(2); else/ 將數值轉換成字符串 len=UnsigedIntToString(value);/ 保留 1 位小數wh

13、ile(stringBufi!='0') if(len-j=1)DistanceText6+j='.' j+; else DistanceText6+j=stringBufi; i+;j+;DistanceText6+j='c'j+;DistanceText6+j='m'i=7+j;/ 剩余位置補空格while(i<16)DistanceTexti=' 'i+;/LCD_Display_String(Prompts0,0x00);LCD_Display_String(DistanceText,0x40);/

14、顯示溫度值void DisplayTemperatureValue()TemperatureText13=CurTempInteger/10+'0'TemperatureText14=CurTempInteger%10+'0'TemperatureText15='C'LCD_Display_String(TemperatureText,0x00);/ 將無符號的整數轉成字符串，返回字符串長度uchar UnsigedIntToString(uint value)uchar i=0,t,length;/ 從個位開始轉換dostringBufi=&#

15、39;0'+value%10;value=value/10;i+;while(value!=0);length=i;/ 將字符串顛倒順序for(i=0;i<(length/2);i+)t=stringBufi;stringBufi=stringBuflength-i-1;stringBuflength-i-1=t;stringBuflength='0'return length; / 蜂鳴器 void Beep(uchar time)uchar i;for(i=0;i<100;i+)BEEP=!BEEP;DelayMS(time);BEEP=0;DelayM

16、S(100);/ 延時函數毫秒 12.000MHzvoid DelayMS(uint ms)uchar i, j;while(ms-)_nop_();i = 2;j = 239;dowhile (-j);while (-i);/ 延時函數20 微秒 12.000MHzvoid Delay20us()uchar i;_nop_();i = 7; while (-i);/ 定時器 0 中斷void Timer0() interrupt 1 /DS18B20 代碼：/* 程序功能：DS18B20 溫度檢測程序* 單片機型號：STC89C52 12MHz* 晶振：12Mhz*/* 包含頭文件*/#in

17、clude <reg51.h>#include <intrins.h>/ 無符號 8 位/ 無符號 16 位/* 宏定義 */#define ucharunsigned char#define uintunsigned int/ 定義DS18B20端口DS18B20_DQsbit DS18B20_DQ = P37;/ 當前采集的溫度值整數部分int xdata CurTempInteger;/ 當前采集的溫度值小數部分int xdata CurTempDecimal;/* 功能：延時函數STC89C52 12MHz 12T模式* 參數：無* 返回：無*/ void De

18、layus(uint count) while (-count);/* 功能：DS18B20復位及狀態(tài)檢測* 參數：無* 返回： 0 或 1， 1 表示未準備好，0 表示準備好*/ uchar Reset_DS18B20()uchar status;DS18B20_DQ=1;Delayus(1);/ 數據線拉低/ 延時480us-960us/ 數據線拉高/ 延時15us-60us/ 讀取數據線上的狀態(tài)/ 開始復位過程DS18B20_DQ=0;Delayus(100);DS18B20_DQ=1;Delayus(10);status=DS18B20_DQ;Delayus(120);return s

19、tatus;/* 功能：寫一字節(jié)到DS18B20中* 參數： dat= 數據* 返回：無*/ void WriteByteToDS18B20(uchar dat) uchar i;for(i=0;i<8;i+)/ 發(fā)送 1 位數據/ 延時 60us 以上/ 釋放總線，等待總線恢復/ 準備下一位數據DS18B20_DQ=0;DS18B20_DQ=dat&0x01;Delayus(15);DS18B20_DQ=1;dat>>=1;/* 功能：從DS18B20中讀一字節(jié)* 參數：無* 返回：讀取的數據*/uchar ReadByteFromDS18B20() uchar i

20、,dat=0;for(i=0;i<8;i+) DS18B20_DQ=0;/ 拉低總線，產生讀信號dat>>=1;DS18B20_DQ=1;/ 釋放總線，準備讀1 位數據Delayus(2);/ 延時 4usif(DS18B20_DQ) dat|=0x80;/ 合并每位數據Delayus(15);/ 延時 60usDS18B20_DQ=1;/ 拉高總線，準備讀下1 位數據 return dat; /* 功能：讀取溫度值并轉換成有符號的數值形式* 參數：無* 返回：無*/ void ReadTemperatureFromDS18B20() uchar flag=0;/ 正負符號標

21、志/ 存儲當前采集的溫度值uchar TempValue=0,0;if(Reset_DS18B20()CurTempInteger=255;CurTempDecimal=0;跳過ROM命令溫度轉換命令跳過ROM命令讀取溫度暫存器命令elseWriteByteToDS18B20(0xCC);/WriteByteToDS18B20(0x44);/Reset_DS18B20();/ 復位WriteByteToDS18B20(0xCC);/WriteByteToDS18B20(0xBE);/TempValue0=ReadByteFromDS18B20();/ 先讀低字節(jié)溫度值TempValue1=Re

22、adByteFromDS18B20();/ 后讀高字節(jié)溫度值Reset_DS18B20();/ 復位/ 計算溫度值/ 先進行正溫度與負溫度判斷，高5 位全為 1( 0xF8)則為負數if(TempValue1&0xF8)=0xF8)/ 負溫度計算：取反加1，低字節(jié)為0 時，高字節(jié)取反加1，否則不需要。TempValue1=TempValue1;TempValue0=TempValue0+1;if(TempValue0=0x00) TempValue1+; flag=1;/ 負數標志/ 將溫度值分為整數和小數兩部分存儲( 默認為 12 位精度 )CurTempInteger=(TempV

23、alue1&0x07)<<4)|(TempValue0&0xF0)>>4); if(flag) CurTempInteger=-CurTempInteger;CurTempDecimal=(TempValue0&0x0F)*625;/LCD1602程序代碼：/* 程序功能：1602 液晶顯示程序* 單片機型號：STC90C160 12MHz*/P0 端口 */*1602 液晶顯示器控制端口分配，數據使用sbit LCD_RS=P26;sbit LCD_RW=P25;sbit LCD_EN=P27;/* 功能：毫秒級延時函數* 參數：ms=毫秒數值

24、* 返回：無*/void LCDDelay(uint ms)uchar i, j;while(ms-)_nop_();1 = 2;j = 239;dowhile (-j);while (-i);/* 功能： 1602 液晶忙狀態(tài)檢測* 參數：無* 返回： 0 或 1， 1 表示狀態(tài)忙，0 表示狀態(tài)閑*/bit LCD_Busy_Check()bit result;LCD_RS=0; LCD_RW=1; LCD_EN=1;Delay4us();result=(bit)(P0&0x80);LCD_EN=0;return result;/* 功能：1602 液晶寫指令* 參數：cmd=160

25、2LCD指令* 返回：無*/void Write_LCD_Command(uchar cmd) while(LCD_Busy_Check();LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_EN=0; _nop_();_nop_();P0=cmd; Delay4us();LCD_EN=1; Delay4us(); LCD_EN=0;/* 功能：1602 液晶寫數據* 參數：dat= 一個字節(jié)數據* 返回：無*/void Write_LCD_Data(uchar dat) while(LCD_Busy_Check();LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_EN=0;P0=dat;Delay

26、4us();LCD_EN=1;Delay4us();LCD_EN=0;/* 功能：設置1602 液晶顯示位置* 參數： pos=位置地址值* 返回：無*/void LCD_Set_POS(uchar pos)Write_LCD_Command(pos|0x80);/* 功能： 1602 液晶初始化* 參數：無* 返回：無*/ void LCD_Initialize()LCDDelay(5);LCDDelay(5);LCDDelay(5);LCDDelay(5);Write_LCD_Command(0x01);Write_LCD_Command(0x38);Write_LCD_Command(0

27、x0C);Write_LCD_Command(0x06);/* 功能：在1602 液晶指定的行上顯示字符串( 共兩行，一行16 個字符 )* 參數： *str= 字符串指針，LineNo= 行首地址( 第一行 0x00，第二行0x40)* 返回：無*/void LCD_Display_String(uchar *str, uchar LineNo)uchar k;LCD_Set_POS(LineNo);for(k=0;k<16;k+) Write_LCD_Data(strk);/* 功能：在1602 液晶指定位置顯示一個字符( 共兩行，一行16 個字符 )* 參數： Dat=一個字符，X= 列位置 (0-15)Y=行位置(0 ， 1)* 返回：無*/void LCD_Display_OneChar(uchar Dat, uchar X, uchar Y)Y &= 0x01;/ 限制Y不能大于1(2 行， 0-1)X &= 0x0F; / 限制X不能大于15(16 個字符，0-15)