超声波测距器的设计详解.docxVIP

基于MSP430单片机超声波测距器的设计 一、总体设计 1.1 超声波测距原理 超声波发射器向某一方向发射超声波 ,在发射时刻的同时开始计时 ,超声波在空气中传播 ,途中碰到障碍物就立即返回来 ,超声波接收器收到反射波就立即停止计时 ,超声波在空气中传播的速度为,根据计时时间 ,就可以计算出发射点距障碍物的距离 ,即 L=12Vt (1) 公式中，V为声波在空气中传播的速度；t为超声波在空气中传播的时间 这就是时间差测距法，本系统就是利用单片机控制超声波发射器发射超声波脉冲，同时利用单片机中的计数器开始计时。超声波达到后面的障碍物就会反射回来，接收装置接收到回波信号后由外部比较电路产生高电平使单片机产生外部中断。单片机运行中断服务子程序(ISR)计算出距离，并传送给LCD显示给司机 ，同时程序内还有比较模块，若车距小于3米，则显示所测量的距离同时单片机输出一个高电平使蜂鸣器报警，若车距大于3米，则显示安全蜂鸣器不报警，这样以声光两种方式可靠地向司机反馈信息，来保证倒车或行车的安全。 1.2 超声波时序图原理 HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感应功能，测距精度高达3mm，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 时序图原理： 采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号； 模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回； 有信号返回，通过TO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340m/s))/2； 1.3 总体设计方法 本设计采用MSP430F1611单片机作为主控芯片，由超声波模块、电源电路模块、液晶显示模块、蜂鸣器等组成。利用定时器中断的方式捕获时间差，将采集的时间通过公式计算得到障碍物与测试点之间的距离，最后将测量的数据通过LCD12864液晶实时的显示出来。 MSP430F1611单片机 超声波模块 电源电路 LCD12864 蜂鸣器 图1 总体设计框图 二、硬件设计 2.1 基本应用系统 本设计采用MSP430F1611为主控芯片，由一个8M的晶振和32.768KHz的晶振外加一个复位电路，构成了基本应用系统，如图2所示： 图2 基本应用系统 与常用的51系列单片机相比，MSP430系列单片机功能强大、功耗低、集成度高，但其价格略高。为得到合适的性价比 ,选择了TI公司早期生产的MSP430F1611,这种型号的单片机价格较低 ,功能虽然并不强大 ,但足以满足本系统要求 2.2 人机接口电路 本设计使用的液晶是12864字符型液晶，并且带字符库的，不需要查找代码。液晶电路使用时如果发现液晶不亮可以调节连接液晶的点位器，改变液晶的亮度。通过超声波模块获取的数据通过液晶实时显示出来。人机接口电路如图2所示; 图3 人机接口电路 2.3 超声波模块电路 图4 超声波模块电路图 超声波模块电路图如图4所示： 超声波的发射和接收采用 HC-SR04 模块， 模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。 采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10μs 的高电平信号，模块自动发送 8 个 40kHz 的方波，并自动检测是否有信号返回，一旦检测到有回波信号则输出回响信号，回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号的时间间隔可以计算出距离。测量周期应为 60ms 以上，以防止发射信号对回响信号产生影响。 模块中 ECHO 是信号接收引脚，有信号返回时，通过IO 口 ECHO 输出一个高电平， 高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。 2.4 电源电路 电源电路如图5所示，本设计中分别采用了3.3V、5V电压为超声波测距器供电。此电源电路首先将220V交流电通过降压变压器降到10V交流电，然后通过整流电路、滤波电路、稳压电路得到12V直流电，再通过SPX29300稳压芯片得到5V和3.3V电压。 图5 电源电路图 三、软件设计 3.1 程序流程图 超声波测距系统的软件由主程序、 超声波发射及接收中断程序、显示子程序构成。 由于 C 语言有利于实现较为复杂的算法，而汇编程序有较高的效率并容易精确计算程序运行的时间，因此控制程序可以采用 C 语言程序与汇编语言程序的混合编程。 超声波测距主程序先对系统进行初始化， 设定定时器 T0 工作在方式 1 ，置位总中断允许位 EA 并对显示端口 P2 清零，然后调用模块HC-SR04 发送超声波脉冲， 延时 2ms 后打开外部中断 0 接收返回的超声波信号。 主程序检测到接收成功后，将计数器 T0 中的数（即超声波从发射到返回的时间 t ）， 按照公式 d= （ v*t ）/2 计算测距器与被测物体间的距离，其中 v 为声速。 超声波