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总体方案
本设计主要是进行距离的测量和报警
，
设计中涉及到的内容较多，
主要是将单片
机控制模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块、
4
位数码
管显示模块这几个模
块结合起来。
而本设计的核心是超声波测距
模块，
其他相关模块都是在测距的基
础上拓展起来的，
测距模块是利用超声波传感器，
之后选择合适单片机芯片，
以
下就是从相关方面来论述的。
超声波测距仪
超声波是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于
20
kHz
的机械波。超
声波传感器在工作的时候就是将电压和超声
波之间的互相转换，
当超声波传感器
发射超声波时，
发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，
当接收超声波
时，
超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片。
超声波具有振
动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射
线定向传播等优点，
而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距。
在中、
长距离测量时，
超声波传
感
器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器，
但价格也稍贵。
从安全性，
成
本、方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合
设计要求。
综合上述三种测距仪的对比，本实验选着超声波测距仪。
系统方案
本系统选择
52
单片机作为控制系统核心，
所测得的距离数值由<
/p>
4
位共阴极数码管
显示，
与障碍物之间的不同距离利用蜂鸣器频率的不同报警声提示，
超声波发射
信号由
52
单片机的
P1.0
口送出到超声波发射电路，将超声波发送出去，报警系
统由蜂鸣器电路构成。
本设计中将收发超声波的探头分离这样不会使收发信号混
叠，从而能避免干扰，可以很好的提高系统的可靠性。系统框图如下：
超声波接收器
放大器
检波电路
显示模块
51
单片机
报警模块
超声波接收器
放大电路
硬件设计
超声波测距模块
模块功能
该模块利用超声波测距仪，
测试小车与障碍物之间的距离，当距
离小于某一给定值时，利用程序，将信号传递给单片
机的某个引脚。
其他控制模块检测该引脚的电平高低，
根据电平
的高低，
控制小车的
行驶状态。
基本实现原理
HC-
SR04
超声波测距模块简介
HC-
SR04
超声波测距模块可提供
2cm-400cm
的非接触式距离感测功能，
测距精度可达到
3mm
，模块包括超声波发射器，接收器与控制电路。
基本工作原理：
1
< br>）采用
IO
口
TRIG
触发测距，给至少
10us
的高电平信号；
2
）模块自动发送
8
个
40khz
的方波，自动检测是
否有信号返回；
3
）有信号返回，通
过
IO
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）
、
实物图
如上图接线，
VCC
供
5V
电源，
GND
为地线，<
/p>
TRIG
触发控制信号输入，
ECHO<
/p>
回响信号输出等四支线。
测距时序图
观察时序图可知，提供一个
10us
以上的脉冲触发信号给<
/p>
TRIG
引脚，模块内部
将发出
8
个
40KHZ
周期电
平并检测回波。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，
由此可通过回响信号的脉宽计算距离
系统模块
显示模块
数码管分动态显示和静态显示，这里选用动态显示
动态显示驱动：
< br>数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式
之一，
动态驱动是将所有数码管的
8
个显示笔划
的同名端连在
一起，
另外
为每个数码管的公共极
COM
增加位选通控制电路，
位选通由各自独
立的
I/O
线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，
但究竟是那个数
码管会显示出字形，取决于单片机对位选通
COM
端电路的控<
/p>
制，
所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，
该位就显示出字形，
没
有选通的数码管就不会亮
。
通过分时轮流控制各个数码管的的
COM
端，
就使各
个数码管轮流受控显示，
这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，
每位数码管的点
亮时间为
1
～
2ms
，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际
上
各位数码管并非同时点亮，
但只要扫描的速度足够快，
给人的印
象就是一组稳
定的显示数据，
不会有闪烁感，
< br>动态显示的效果和静态显示是一样的，
能够节省
大量的<
/p>
I/O
端口，而且功耗更低。
报警模块
根据距离显示结果的远近，
控制蜂鸣器的鸣叫
（利用
I/O
口产生一个频率的方波）
软件设计
系统程序设计的主要的功能
是发射超声波、
接受超声波、
计算测量距离、
< br>数据计
算、蜂鸣器报警和数码管显示
主程序流图
开始
单片机初始化
超声波复位
发送超声波并启动中断
接收到回波中断停止
显示距离同时蜂鸣器报警
延时
主程序流程图如上，当发生中断时，则会进行中断处理。设计中断处理流程图
中断处理流程包括，报警处理和数码管扫描处理
计时停止
中断关闭
距离计算处理
显
示
距
离
判
断是否报警
Y
报警声开启
返回
报警中断处理
N
误差分析
上述实际为
73cm
实验数据位
71cm
超声波测距误差分析
根据超声波测距的原理，测量误差的来源有：
1
、启动发射和启动计时之间的偏差；
2
、收到回波到被检测出的滞后；
<
/p>
3
、收到中断到中断响应停止计时之间的滞后；
< br>
4
、计时器本身的误差；
<
/p>
5
、温度对声波速度以及上述因素的影响。
第二项误差源于检测电路的灵敏度和判断偏差，
从收到实际回波到电路确认并输
出相应信号肯定存在滞后，
这和回波信号强弱、
检测电路原理以及判断电路的敏
感性相关，也是超声波测距的核心。
因为如果灵敏度过高，<
/p>
则会将一些干扰信号误作为回波，
导致测量出错，
如果过
低，又大大限制了检测距离，因为回波衰减是距离的平方关系。
这部分误差是导致数据不稳定的主要来源，
因
为判断滞后会随着回波的强弱而变
化。
代码
//
晶振
=12M