HC-SR04超聲波測距系統(tǒng)制作

1、帶溫度補(bǔ)償?shù)腍C-SR04超聲波測距系統(tǒng)利用從網(wǎng)上購買的HC-SR04超聲波模塊制作了一個(gè)測距裝置，HC-SR04自身不帶溫度補(bǔ)償功能，所以加上一個(gè)使用DS18B20做的溫度測量模塊。整個(gè)系統(tǒng)包括：51單片機(jī)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(shù)量STC89C52RC51單片機(jī)1HC-SR04超聲波測距模塊1DS18B20溫度測量模塊11602液晶顯示模塊1系統(tǒng)電路圖完成接線后的測距系統(tǒng)實(shí)物圖51單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)型號：STC89C52RC，晶振：12Mhz。自己動(dòng)手焊接的最小系統(tǒng)板。LCD1602A液晶顯示模塊：HC-SR04超聲波測距模塊H

2、C-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(dá)3mm；模塊自身包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。實(shí)物正反兩面圖HC-SR04電氣參數(shù)：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(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，并自動(dòng)檢測是否有信號返回；3、 有信號返回時(shí)，Echo回響信號輸出端口輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間；4、 兩次測距時(shí)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(shí)序圖單片機(jī)控制HC-SR04超聲波測距說明：原理圖中，單片機(jī)的P2.5口接HC

3、-SR04的Trig端口，P2.6口接HC-SR04的Echo端口，超聲波在傳播時(shí)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(gè)高電平，單片機(jī)檢測到高電平后即啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到單片機(jī)檢測到Echo口變成低電平后結(jié)束計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值乘以單片機(jī)計(jì)數(shù)周期就是超聲波從發(fā)射到接收的往返時(shí)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(guān)系為：V=334.1+T*0.61(T為當(dāng)前溫度)，利用DS18B20溫度傳感器可以得到環(huán)境溫度，補(bǔ)償溫度對聲速的影響。當(dāng)溫度高于26度或低于14度時(shí)，上述公式不能完全滿足對測量的修正了，所以高于26度時(shí)取26度，低于14度

4、時(shí)取14度。距離計(jì)算公式為：S=(334.1+T*0.61)*N*T0/2T：當(dāng)前環(huán)境溫度值N：計(jì)數(shù)值T0：單片機(jī)計(jì)數(shù)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(jìn)行多次測量，并對測量結(jié)果排序，去除最大和最小值，將余下的求平均值。程序流程圖：程序代碼：主程序代碼:/* 程序：基于HC-SR04的超聲波測距系統(tǒng)* 單片機(jī)型號：STC89C52 12MHz* 說明：按下K1鍵后，指示燈點(diǎn)亮，開始連續(xù)進(jìn)行7次超聲波測距，每次測距間隔80ms，* 完成后對7次結(jié)果排序并將最大的2個(gè)數(shù)值和最小的2個(gè)數(shù)值去除，對剩余的* 3個(gè)數(shù)值取平均值。完成后指示燈滅，輸出結(jié)果到LCD16

5、02上。測量超出范圍則發(fā)出報(bào)警聲。* 使用兩個(gè)IO端口控制HC-SR04觸發(fā)信號輸入和回響信號輸出，* 以及一個(gè)T0定時(shí)器用于時(shí)間計(jì)數(shù)。* 使用DS18B20測量環(huán)境溫度，聲速公式：V=334.1m/s+Temperature*0.61，* 單片機(jī)晶振為12Mhz(11.953M)，計(jì)數(shù)時(shí)為T=1us* 計(jì)算公式：S=(334.1m/s+Temperature*0.61)*N*T/2，N為計(jì)數(shù)值=TH0*256+TL0*/*包含頭文件*/#include #include /*宏定義*/#define ucharunsigned char/無符號8位#define uintunsigned i

6、nt /無符號16位#define ulongunsigned long /無符號32位/*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=P12;/報(bào)警測量超出范圍sbit Trig=P25;/HC-SR04觸發(fā)信號輸入sbit Echo=P26;/HC-SR04回響信號輸出float xdata DistanceValue=0.0;/測量的距離值float xdata SPEEDSOUND;/聲速float xdata XTALTIME;/單片機(jī)計(jì)數(shù)周期uchar xdata st

7、ringBuf6;/數(shù)值轉(zhuǎn)字符串緩沖/LCD1602提示信息uchar code Prompts16=Measure Distance,/測量距離- Out of Range -,/超出測量范圍MAX range 400cm ,/測距最大值400cmMIN range 2cm ,/測距最小值2cm ,/清屏 Press K1 Start /按鍵開始測量;uchar xdata DistanceText=Range: ;/測量結(jié)果字符串uchar xdata TemperatureText=Temperature: ;/測量溫度值/*外部函數(shù)聲明*/extern void LCD_Initial

8、ize();extern void LCD_Display_String(uchar *, uchar);extern void ReadTemperatureFromDS18B20();extern int xdata CurTempInteger; /毫秒延時(shí)函數(shù)void DelayMS(uint ms);/20微秒延時(shí)函數(shù)void Delay20us();/HCSR04初始化void HCSR04_Initialize();/測量距離float MeasuringDistance();/測距的數(shù)值排序求平均float DistanceStatistics();/輸出距離值到LCD1602

9、上void DisplayDistanceValue(float dat);/將無符號的整數(shù)轉(zhuǎn)成字符串，返回字符串長度，不包括0結(jié)束符uchar UnsigedIntToString(uint value);/蜂鳴器void Beep(uchar time);/顯示溫度值void DisplayTemperatureValue();/*主函數(shù)*/void main()LCD_Initialize();/1602初始化LCD_Display_String(Prompts0,0x00);LCD_Display_String(Prompts5,0x40);ReadTemperatureFromDS1

10、8B20();/測溫度HCSR04_Initialize();/HC-SR04初始化while(1)if(K1=0)DelayMS(5);if(K1=0)Beep(1);while(K1=0);LEDRed=0;ReadTemperatureFromDS18B20();/測溫度DisplayTemperatureValue();if(CurTempInteger26)CurTempInteger=26;SPEEDSOUND=334.1+CurTempInteger*0.61;/計(jì)算聲速DistanceValue=DistanceStatistics();/測距并返回距離值DisplayDist

11、anceValue(DistanceValue);/顯示距離值LEDRed=1;/測距的數(shù)值排序求平均float DistanceStatistics()uchar i,j;float disData7,t;/連續(xù)測距for(i=0;i7;i+)disDatai=MeasuringDistance();DelayMS(80);/排序for(j=0;j=6;j+)for(i=0;idisDatai+1)t=disDatai;disDatai=disDatai+1;disDatai+1=t; return (disData2+disData3+disData4)/3;/測量距離float Meas

12、uringDistance()/最大定時(shí)時(shí)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(dòng)定時(shí)器0/等待回響信號變低電平while(Echo);TR0=0;/關(guān)閉定時(shí)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(jì)算單片機(jī)計(jì)數(shù)周期 晶振=11.953M單位usXTALTIME=12/11.9

13、53;/溫度25度時(shí)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 value;value=(uint)dat;/范圍檢查大于4000mm和小于20mm都為超出測量范圍if(value4000)LCD_Display_String(Prompts1,0x00);LCD_Display_String(Prompts2,0x40);Beep(2);else if(value20)LCD_Disp

14、lay_String(Prompts1,0x00);LCD_Display_String(Prompts3,0x40);Beep(2);else/將數(shù)值轉(zhuǎn)換成字符串len=UnsigedIntToString(value);/保留1位小數(shù)while(stringBufi!=0)if(len-j=1) DistanceText6+j=.;j+;elseDistanceText6+j=stringBufi;i+;j+;DistanceText6+j=c;j+;DistanceText6+j=m;i=7+j;/剩余位置補(bǔ)空格while(i16)DistanceTexti= ;i+;/LCD_Disp

15、lay_String(Prompts0,0x00);LCD_Display_String(DistanceText,0x40);/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(shù)轉(zhuǎn)成字符串，返回字符串長度uchar UnsigedIntToString(uint value)uchar

16、i=0,t,length;/從個(gè)位開始轉(zhuǎn)換dostringBufi=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;i100;i+)BEEP=!BEEP;DelayMS(time); BEEP=0;

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

18、include #include /*宏定義*/#define ucharunsigned char/無符號8位#define uintunsigned int /無符號16位/定義DS18B20端口DS18B20_DQsbit DS18B20_DQ = P27;/當(dāng)前采集的溫度值整數(shù)部分int xdata CurTempInteger; /當(dāng)前采集的溫度值小數(shù)部分int xdata CurTempDecimal;/*-* 功能：延時(shí)函數(shù) STC89C52 12MHz 12T模式* 參數(shù)：無* 返回：無-*/void Delayus(uint count)while (-count);/*-*

19、 功能：DS18B20復(fù)位及狀態(tài)檢測* 參數(shù)：無* 返回：0或1，1表示未準(zhǔn)備好，0表示準(zhǔn)備好-*/uchar Reset_DS18B20()uchar status;DS18B20_DQ=1;Delayus(1);/開始復(fù)位過程DS18B20_DQ=0;/數(shù)據(jù)線拉低Delayus(100);/延時(shí)480us-960usDS18B20_DQ=1;/數(shù)據(jù)線拉高Delayus(10);/延時(shí)15us-60usstatus=DS18B20_DQ;/讀取數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)Delayus(120);return status;/*-* 功能：寫一字節(jié)到DS18B20中* 參數(shù)：dat=數(shù)據(jù)* 返回：無-*/

20、void WriteByteToDS18B20(uchar dat)uchar i;for(i=0;i=1;/準(zhǔn)備下一位數(shù)據(jù)/*-* 功能：從DS18B20中讀一字節(jié)* 參數(shù)：無* 返回：讀取的數(shù)據(jù)-*/uchar ReadByteFromDS18B20()uchar i,dat=0;for(i=0;i=1;DS18B20_DQ=1;/釋放總線，準(zhǔn)備讀1位數(shù)據(jù)Delayus(2);/延時(shí)4usif(DS18B20_DQ) dat|=0x80;/合并每位數(shù)據(jù)Delayus(15);/延時(shí)60usDS18B20_DQ=1;/拉高總線，準(zhǔn)備讀下1位數(shù)據(jù)return dat;/*-* 功能：讀取溫度值

21、并轉(zhuǎn)換成有符號的數(shù)值形式* 參數(shù)：無* 返回：無-*/void ReadTemperatureFromDS18B20()uchar flag=0;/正負(fù)符號標(biāo)志/存儲當(dāng)前采集的溫度值uchar TempValue=0,0; if(Reset_DS18B20()CurTempInteger=255;CurTempDecimal=0;elseWriteByteToDS18B20(0xCC);/跳過ROM命令WriteByteToDS18B20(0x44);/溫度轉(zhuǎn)換命令Reset_DS18B20();/復(fù)位WriteByteToDS18B20(0xCC);/跳過ROM命令WriteByteToDS

22、18B20(0xBE);/讀取溫度暫存器命令TempValue0=ReadByteFromDS18B20();/先讀低字節(jié)溫度值TempValue1=ReadByteFromDS18B20();/后讀高字節(jié)溫度值Reset_DS18B20();/復(fù)位/計(jì)算溫度值/先進(jìn)行正溫度與負(fù)溫度判斷，高5位全為1（0xF8）則為負(fù)數(shù)if(TempValue1&0xF8)=0xF8)/負(fù)溫度計(jì)算：取反加1，低字節(jié)為0時(shí)，高字節(jié)取反加1，否則不需要。TempValue1=TempValue1;TempValue0=TempValue0+1;if(TempValue0=0x00) TempValue1+;fla

23、g=1;/負(fù)數(shù)標(biāo)志/將溫度值分為整數(shù)和小數(shù)兩部分存儲(默認(rèn)為12位精度)CurTempInteger=(TempValue1&0x07)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(jī)型號：STC89C52 12MHz-*/#include #include /*宏定義*/#define ucharunsigned char#define uint unsigned int#define Delay4us()_

24、nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*1602液晶顯示器控制端口分配，數(shù)據(jù)使用P0端口*/sbit LCD_RS=P20;sbit LCD_RW=P21;sbit LCD_EN=P22;/*-* 功能：毫秒級延時(shí)函數(shù)* 參數(shù)：ms=毫秒數(shù)值* 返回：無-*/void LCDDelay(uint ms)uchar i, j;while(ms-)_nop_();i = 2;j = 239;dowhile (-j);while (-i);/*-* 功能：1602液晶忙狀態(tài)檢測* 參數(shù)：無* 返回：0或1，1表示狀態(tài)忙，0表示狀態(tài)閑-*/bit LCD_Busy_Check

25、()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(shù)：cmd=1602LCD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(shù)據(jù)* 參數(shù)：dat=一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)* 返回：無-*/void Write_LCD_Data(uchar dat)while(LCD_Busy_Check();LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_EN