基于单片机的超声波测距报警器软件算法设计

2017-09-20刘晓萌

科学家 2017年16期

关键词：单片机

刘晓萌

摘要超声波测距报警器由硬件电路部分和软件程序部分组成。本文设计了报警器整体框架、数码管显示数字功能，蜂鸣器功能和按键功能的软件算法，为下一步硬件电路与软件系统的集成开发奠定了基础。

关键词超声测距报警；算法设计；单片机

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）16-0149-02

电子技术越来越渗透到了车辆的导航及安全出行的方方面面，电子技术的优秀程度与汽车的受欢迎度、安全度、舒适度、销量等密切相关。

在汽车行驶时，通过肉眼难以准确知道准确距离，可以借助电子设备把间隔立刻告诉驾驶员，危险情况下，则会报警提示驾驶员，从而减少交通事故发生。因此，汽车的测距报警技术得到了越來越广泛的关注[1-3]。

本文在由单片机电路、发射电路、接收电路、显示电路和按键电路等组成超声波测距报警器硬件电路的基础上，设计了数码管显示数字功能，蜂鸣器功能和按键功能的软件算法，为下一步系统的集成开发奠定了

基础。

1 超声波测距原理

超声波传感器测距方法多样，传统方法是采用的传感器获取物理信号，在此基础上通过定时控制电路、触发逻辑电路、放大检波电路及数据处理电路，把测得的信号转换为和距离相关的信号，即时钟脉冲对发送和接受的延迟计数，计数值与每个脉冲周期时间的乘集就是所求时间。

2 系统硬件组成

基于单片机的超声波测距报警器的硬件电路主要是由单片机电路、发射电路、接收电路、显示电路和按键电路等组成[4]。

单片机于20世纪70年代开始问世，现已普遍被工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各方面广泛使用，渗透在我们生活的方方面面。世界上有很多知名厂家推出各种机型，以目前使用广泛的STC89C51单片机为例，它是一种可编程可清除的只读存储器微处理器，引脚有40个，可以在线编程，所需电压低、性能相比较高，简单快捷，价格不贵，烧录简单，使用串口直接

下载。

超声波传感器形式多种多样，其主要结构是：压电镜片、吸收块（即阻尼）、引线、保护膜、金属外壳。压电晶片的两面都镀上银，外形是圆薄型。超声波频率与压电晶片的厚度成正比，极板用导线

引出。

显示电路为“8”字型数码管，有共阴极和共阳极两种极性，总共有8段，对应了8个发光二极管。一般情况下共阴极的数码管所有阴极连接在一起，并接地。给数码管的某发光二极管阳极接上高电平，发光二极管就会被点亮。想要得到不同的数字显示，需要显示不同的发光二极管来进行组合显示，即对LED数码管提供代码编程。

蜂鸣器常用的有TMB12A05（即有源电磁式蜂鸣器），其额定电压1.5V，声压电平>=80db，该蜂鸣器在所设置安全距离内（包括设定的值）会发出警报，同时增加一发光二极管，提示使用者注意。电源通电后，蜂鸣器在内部线圈和磁铁作用下振动膜片，产生振动发出声音。由于蜂鸣器工作时需要的电流单片机I/O口不能满足要求（过小），故而得设置一个PNP三极管放大驱动它，即电流放大电路。

按键电路的任务有3个方面：首先，起步要判断有没有按键按下，如果有的话，就进行下一步；其次，判断哪一个按下，求出其值；最后，根据上一步的结果，可找出相对应的程序处理入口。常见的非编码键盘有

两种：

1）独立键盘，具有一键一线，每个按键均独立的特点，该按键电路简单，编写起来也简单。

2）矩阵式键盘，也可叫行列式键盘，我们经常将其用于按键需求较多的情况下。它是由行线和列线构成的，接的方法也复杂，编程也比前者的复杂，不过优点是在同样的按键数目下，这种接法占的

I/O少。

3 报警器软件算法设计

基于单片机的超声波测距报警器软件算法设计，主要包括主程序设计（即整体框架设计）、数码管显示数字子程序设计、蜂鸣器工作子程序和按键子程序设计。

主程序的关键在于测得的距离数字，使其显示在数码管。在接收到超声波测距模块求得的间距后，设置一系列代码处理好这个值。又通过按键设置好额定距离，如若测得的数超过预定值，就会触发蜂鸣器，使蜂鸣器报警提示。主程序流程图如图1所示。

在超声波测距器进行了测量后，结果由单片机进行一系列处理后，把结果返回给数码管，使数码管将结果展示出来。这是数码管显示程序所应该处理的目的。

对于蜂鸣器功能，开始会设定一个额定值，为了实现报警功能，在所得到的间距低于这个额定的数值时，就要使蜂鸣器发出警报，提醒我们注意。

按键的功能是为了方便我们调节设置额定报警距离，通过按键进入设置状态，再通过另外两个键盘把设定值增大或者减少，再次按就会退出设置。相应的报警时机依然和设定的值一样。

4 结论