代码收藏家技术教程 2024-10-29

单片机设计基于STM32的超声波测距设计

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文章目录

前言

概要

功能设计

设计思路

软件设计

效果图

程序

文章目录

前言

💗博主介绍：✌全网粉丝10W+,CSDN特邀作者、博客专家、CSDN新星计划导师，一名热衷于单片机技术探索与分享的博主、专注于精通51/STM32/MSP430/AVR等单片机设计主要对象是咱们电子相关专业的大学生，希望您们都共创辉煌！✌💗
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概要

基于STM32的超声波测距仿真HCSR04设计概要如下：

一、设计概述
本设计利用STM32微控制器和HC-SR04超声波测距模块，通过Proteus仿真平台实现超声波测距功能。HC-SR04模块是一种常用的非接触式测距传感器，具有高精度和稳定的性能，其测距精度可达3mm，测量范围在2cm到400cm之间。设计目标是通过STM32微控制器的精确控制，实现超声波的发射和接收，并通过计算超声波的传播时间差来测量距离。

二、系统组成
STM32微控制器：作为系统的核心控制器，负责控制超声波的发射和接收，处理接收到的超声波信号，并计算距离值。STM32F103系列微控制器因其高精度和稳定性，特别适用于超声波测距的要求。
HC-SR04超声波测距模块：该模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。模块通过IO口TRIG触发测距，并自动发送8个40kHz的方波信号。当有信号返回时，通过IO口ECHO输出一个高电平信号，高电平持续的时间即为超声波从发射到返回的时间。
LCD1602显示屏：用于显示测量到的距离值。LCD1602显示屏具有清晰的显示效果和较低的功耗，适合在嵌入式系统中使用。
三、工作原理
超声波发射：STM32微控制器通过IO口TRIG向HC-SR04模块发送一个短脉冲信号，触发超声波的发射。
超声波接收：当超声波遇到障碍物并返回时，HC-SR04模块的ECHO引脚会输出一个高电平信号。STM32微控制器通过检测ECHO引脚的高电平持续时间，可以计算出超声波从发射到接收的时间差。
距离计算：根据超声波在空气中的传播速度（约340m/s）和时间差，STM32微控制器可以计算出障碍物与传感器之间的距离。计算公式为：距离 = (时间差 × 声速) / 2。
结果显示：STM32微控制器将计算得到的距离值通过LCD1602显示屏进行实时显示。
四、设计特点
高精度：HC-SR04模块具有高达3mm的测距精度，能够满足大多数应用场景的需求。
宽测量范围：测量范围覆盖从2cm到400cm的广泛区域。
实时显示：通过LCD1602显示屏实时显示测量到的距离值，方便用户随时了解距离信息。
易于扩展：本设计基于STM32微控制器平台，可以方便地与其他传感器和执行器进行集成，实现更复杂的功能。
五、应用前景
基于STM32的超声波测距仿真HCSR04设计在工业自动化、智能机器人、倒车雷达等领域具有广泛的应用前景。通过实时准确地测量距离信息，可以为各种应用场景提供有力的技术支持。

功能设计

基于STM32F103RCT6的HC-SR04超声波测距的Proteus仿真，带DS18B20显示，LCD1602显示数据，Proteus8.8打开，8.6的不行；
使用定时器timer3开发，数据非常准确且稳定，范围0-300左右。同时显示DS18B20温度，温度精度0.1℃；

设计思路

设计思路
文献研究法：搜集整理相关单片机系统相关研究资料，认真阅读文献，为研究做准备；

调查研究法：通过调查、分析、具体试用等方法，发现单片机系统的现状、存在问题和解决办法；

比较分析法：比较不同系统的具体原理，以及同一类传感器性能的区别，分析系统的研究现状与发展前景；

软硬件设计法：通过软硬件设计实现具体硬件实物，最后测试各项功能是否满足要求。

软件设计

本系统原理图设计采用Altium Designer19，具体如图。在本科单片机设计中，设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus，由于Altium Designer功能强大，可以设计硬件电路的原理图、PCB图，且界面简单，易操作，上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境，用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术，能够很好的满足本次设计需求。

Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一，通过设计出硬件电路图，及写入驱动程序，就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外，protues还能实现PCB的设计，在仿真中也可以与KEIL实现联调，便于程序的调试，且支持多种平台，使用简单便捷。
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效果图

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程序

#include <reg52.h>	         //调用单片机头文件
#define uchar unsigned char  //无符号字符型 宏定义	变量范围0~255
#define uint  unsigned int	 //无符号整型 宏定义	变量范围0~65535
#include <intrins.h>

sbit K1=P1^0;
sbit K2=P1^1;

sbit K3=P1^2;
sbit K4=P1^3;

sbit beep = P1^7;   
sbit SH = P3^5;
sbit ST = P3^6;
sbit DS = P3^7;

uchar num_jin;
uchar num_chu;
uchar num_car;

#include "lcd1602.h"

/***********************1ms延时函数*****************************/
void delay_1ms(uint q)
{
	uint i,j;
	for(i=0;i<q;i++)
		for(j=0;j<120;j++);
}

void write_74hc595(unsigned int num)
{
	int i;	
	ST = 0;
	for(i=0; i<16; i++)
	{
		SH = 0;
		if (num & 0x0001)
		{
			DS = 1;
		}
		else
		{
			DS = 0;
		}
		SH = 1;
		num >>= 1;
	}
	ST = 1;
}

unsigned int num_2_led(unsigned int num)
{
	int i;
	unsigned int ret=0;
	if (num > 16) 
	    return 0xFFFF;
	for(i=0;i<num;i++)
	{
		ret |= 1<<i;
	}
	return ret;
}

		

/***************主函数*****************/
void main()
{
    init_1602();
    write_string(1,0,"Jin:    Chu:");
    write_string(2,0,"Car:      P:");
	write_sfm2(1,4,num_jin); 
	write_sfm2(1,12,num_chu);  
	write_sfm2(2,4,num_car); 
	write_sfm2(2,12,16-num_car);  
	write_74hc595(0);
	while(1)
	{
		key();					
	}
}

文章目录

摘要 I
Abstract II
引言 1
1 控制系统设计 2
1.1 主控系统方案设计 2
1.2 传感器方案设计 3
1.3 系统工作原理 5
2 硬件设计 6
2.1 主电路 6
2.1.1 单片机的选择 6
2.2 驱动电路 8
2.2.1 比较器的介绍 8
2.3放大电路 8
2.4最小系统 11
3 软件设计 13
3.1编程语言的选择 13
4 系统调试 16
4.1 系统硬件调试 16
4.2 系统软件调试 16
结论 17
参考文献 18
附录1 总体原理图设计 20
附录2 源程序清单 21
致谢 25