基于51单片机的HCSR04超声波测距系统制作.docx

1、基于51单片机的HCSR04超声波测距系统制作基于 51 单片机带温度补偿的 HC-SR04超声波测距系统利用从网上购买的 HC-SR04超声波模块制作了一个测距装置， HC-SR04自身不带温度补偿功能，所以加上一个使用 DS18B20做的温度测量模块。整个系统包括： 51 单片机最小系统，超声波测距模块、温度测量模块、液晶显示模块。使用了如下主要元器件：元件说明数量STC90C516RC51 单片机1HC-SR04超声波测距模块1DS18B20温度测量模块1lcd1602液晶显示模块1系统电路图51 单片机最小系统单片机型号： STC90C516，晶振： 12Mhz。自己动手焊接的最小系统

2、板。LCD1602A液晶显示模块：HC-SR04超声波测距模块HC-SR04超声波测距模块可提供 2cm至 400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达 3mm；模块自身包括超声波发射器、接收器与控制电路。实物正反两面图HC-SR04电气参数：HC-SR04工作原理及说明：1、给 Trig 触发控制信号 IO 端口至少 10us 的高电平信号；2、模块自动发送 8 个 40khz 的方波，并自动检测是否有信号返回；3、有信号返回时， Echo回响信号输出端口输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间；4、两次测距时间间隔最少在 60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响；

3、超声波时序图单片机控制 HC-SR04超声波测距说明：原理图中，单片机的 P1.7 口接 HC-SR04的 Trig 端口， P1.6 口接 HC-SR04的 Echo端口，超声波在传播时碰到障碍物即返回， HC-SR04模块收到回波信号后 Echo 口输出一个高电平， 单片机检测到高电平后即启动计数器开始计数，直到单片机检测到 Echo 口变成低电平后结束计数，计数器的计数值乘以单片机计数周期就是超声波从发射到接收的往返时间，即距离 S=v*t/2 ；由于在室温下，声速受温度的影响，其变化关系为： V=334.1+T*0.61（T 为当前温度 ），利用 DS18B20温度传感器可以得到环境温

4、度，补偿温度对声速的影响。当温度高于 26 度或低于 14 度时，上述公式不能完全满足对测量的修正了，所以高于 26 度时取 26 度，低于 14 度时取 14 度。距离计算公式为： S=（334.1+T*0.61）*N*T 0/2T：当前环境温度值N：计数值T0：单片机计数周期 =晶振频率 /12（ 微秒 ）HC-SR04测量存在不稳定性， 所在对同一距离进行多次测量，并对测量结果排序，去除最大和最小值，将余下的求平均值。程序流程图：程序代码：/*程序：基于 HC-SR04的超声波测距系统*单片机型号： STC90C516 12MHz*说明：按下 K1 键后，指示灯点亮，开始连续进行 7 次

5、超声波测距，每次测距间隔 80ms，完成后对 7 次结果排序并将最大的 2 个数值和最小的 2 个数值去除，对剩余的*3 个数值取平均值。 完成后指示灯灭， 输出结果到 LCD1602上。 测量超出范围则发出报警声。使用两个 IO 端口控制 HC-SR04触发信号输入和回响信号输出，T0 定时器用于时间计数。使用 DS18B20测量环境温度，声速公式： V=334.1m/s+Temperature*0.61 ，单片机晶振为 12Mhz(11.953M) ，计数时为 T=1us计算公式： S=(334.1m/s+Temperature*0.61)*N*T/2 ， N为计数值 =TH0*256+T

6、L0*/* 包含头文件 */#include #include #define Delay4us()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/ 无符号 8 位/ 无符号 16 位/ 无符号 32 位/* 宏定义 */#define uchar#define uint#define ulongunsigned charunsigned intunsigned long/ 测量的距离值/ 声速/ 单片机计数周期/ 数值转字符串缓冲/* 全局变量定义 */sbit K1=P10; / 按下 K1 后，开始测距sbit LEDRed=P11; / 测距指示灯，亮表示正在测距，灭

7、表示测距完成sbit BEEP=P15; / 报警测量超出范围sbit Trig=P17; /HC-SR04 触发信号输入sbit Echo=P16; /HC-SR04 回响信号输出float xdata DistanceValue=0.0;float xdata SPEEDSOUND;float xdata XTALTIME;uchar xdata stringBuf6;/LCD1602 提示信息 uchar code Prompts16= Measure Distance, - Out of Range -, MAX range 400cm , MIN range 2cm , , Pres

8、s K1 Start ;uchar xdata DistanceText=Range:uchar xdata TemperatureText=Temperature:/ 测量距离/ 超出测量范围/ 测距最大值 400cm/ 测距最小值 2cm/ 清屏/ 按键开始测量;/;/测量结果字符串测量温度值/* 外部函数声明 */extern void LCD_Initialize();extern void LCD_Display_String(uchar *, uchar);extern void ReadTemperatureFromDS18B20();extern int xdata CurTe

9、mpInteger;/ 毫秒延时函数void DelayMS(uint ms);/20 微秒延时函数void Delay20us();/HCSR04 初始化void HCSR04_Initialize();/ 测量距离float MeasuringDistance();/ 测距的数值排序求平均float DistanceStatistics();/ 输出距离值到 LCD1602上void DisplayDistanceValue(float dat);/ 将无符号的整数转成字符串，返回字符串长度，不包括 0 结束符uchar UnsigedIntToString(uint value);/ 蜂

10、鸣器void Beep(uchar time);/ 显示温度值void DisplayTemperatureValue();/ 测量距离float MeasuringDistance()/ 最大定时时间约 65msTH0=0;TL0=0;/ 生成 20us 的脉冲宽度的触发信号Trig=1;Delay20us();Trig=0;/ 等待回响信号变高电平while(!Echo);TR0=1; / 启动定时器 0/ 等待回响信号变低电平while(Echo);TR0=0; / 关闭定时器 0/ 返回距离值 (mm)return (SPEEDSOUND*XTALTIME*(float)TH0*256

11、+(float)TL0)/2000; /HCSR04 初始化void HCSR04_Initialize()/ 计算单片机计数周期 晶振 =11.953M 单位 usXTALTIME=12/11.953;/ 温度 25 度时声速的值SPEEDSOUND=334.1+25*0.61;Trig=0;Echo=0;TMOD=0x01;/ 输出距离值到 LCD1602上void DisplayDistanceValue(float dat) uchar i=0,j=0,len;uint value;value=(uint)dat;/ 范围检查大于 4000mm和小于 20mm都为超出测量范围if(va

12、lue4000) LCD_Display_String(Prompts1,0x00);LCD_Display_String(Prompts2,0x40); Beep(2);else if(value20)LCD_Display_String(Prompts1,0x00);LCD_Display_String(Prompts3,0x40); Beep(2); else/ 将数值转换成字符串 len=UnsigedIntToString(value);/ 保留 1 位小数while(stringBufi!=0) if(len-j=1)DistanceText6+j=.; j+; else Dist

13、anceText6+j=stringBufi; i+;j+;DistanceText6+j=c;j+;DistanceText6+j=m;i=7+j;/ 剩余位置补空格while(i16)DistanceTexti= ;i+;/LCD_Display_String(Prompts0,0x00);LCD_Display_String(DistanceText,0x40);/ 显示温度值void DisplayTemperatureValue()TemperatureText13=CurTempInteger/10+0;TemperatureText14=CurTempInteger%10+0;T

14、emperatureText15=C;LCD_Display_String(TemperatureText,0x00);/ 将无符号的整数转成字符串，返回字符串长度uchar UnsigedIntToString(uint value)uchar i=0,t,length;/ 从个位开始转换dostringBufi=0+value%10;value=value/10;i+;while(value!=0);length=i;/ 将字符串颠倒顺序for(i=0;i(length/2);i+)t=stringBufi;stringBufi=stringBuflength-i-1;stringBufl

15、ength-i-1=t;stringBuflength=0;return length; / 蜂鸣器 void Beep(uchar time)uchar i;for(i=0;i100;i+)BEEP=!BEEP;DelayMS(time);BEEP=0;DelayMS(100);/ 延时函数 毫秒 12.000MHzvoid DelayMS(uint ms)uchar i, j;while(ms-)_nop_();i = 2;j = 239;dowhile (-j);while (-i);/ 延时函数 20 微秒 12.000MHzvoid Delay20us()uchar i;_nop_(

16、);i = 7; while (-i);/ 定时器 0 中断void Timer0() interrupt 1 /DS18B20 代码：/* * 程序功能： DS18B20 温度检测程序* 单片机型号： STC89C52 12MHz* 晶振： 12Mhz */* 包含头文件 */#include #include / 无符号 8 位/ 无符号 16 位/* 宏定义 */#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/ 定义 DS18B20端口 DS18B20_DQsbit DS18B20_DQ = P37;/ 当前采集的温度值整数部分i

17、nt xdata CurTempInteger;/ 当前采集的温度值小数部分int xdata CurTempDecimal;/* *功能：延时函数 STC89C52 12MHz 12T模式*参数：无*返回：无 */ void Delayus(uint count) while (-count);/* *功能： DS18B20复位及状态检测*参数：无*返回： 0 或 1， 1 表示未准备好， 0 表示准备好 */ uchar Reset_DS18B20()uchar status;DS18B20_DQ=1;Delayus(1);/ 数据线拉低/ 延时 480us-960us/ 数据线拉高/ 延

18、时 15us-60us/ 读取数据线上的状态/ 开始复位过程DS18B20_DQ=0;Delayus(100);DS18B20_DQ=1;Delayus(10);status=DS18B20_DQ;Delayus(120);return status;/* *功能：写一字节到 DS18B20中*参数： dat= 数据*返回：无 */ void WriteByteToDS18B20(uchar dat) uchar i;for(i=0;i=1;/* *功能：从 DS18B20中读一字节*参数：无*返回：读取的数据 */uchar ReadByteFromDS18B20() uchar i,dat

19、=0;for(i=0;i=1;DS18B20_DQ=1; / 释放总线，准备读 1 位数据Delayus(2); / 延时 4usif(DS18B20_DQ) dat|=0x80; / 合并每位数据Delayus(15); / 延时 60usDS18B20_DQ=1; / 拉高总线，准备读下 1 位数据 return dat; /* *功能：读取温度值并转换成有符号的数值形式*参数：无*返回：无 */ void ReadTemperatureFromDS18B20() uchar flag=0;/ 正负符号标志/ 存储当前采集的温度值uchar TempValue=0,0;if(Reset_D

20、S18B20()CurTempInteger=255;CurTempDecimal=0;跳过 ROM命令温度转换命令跳过 ROM命令读取温度暂存器命令elseWriteByteToDS18B20(0xCC);/WriteByteToDS18B20(0x44);/Reset_DS18B20();/ 复位WriteByteToDS18B20(0xCC);/WriteByteToDS18B20(0xBE);/TempValue0=ReadByteFromDS18B20();/ 先读低字节温度值TempValue1=ReadByteFromDS18B20();/ 后读高字节温度值Reset_DS18B

21、20();/ 复位/ 计算温度值/ 先进行正温度与负温度判断，高 5 位全为 1( 0xF8)则为负数if(TempValue1&0xF8)=0xF8)/ 负温度计算：取反加 1，低字节为 0 时，高字节取反加 1，否则不需要。TempValue1=TempValue1;TempValue0=TempValue0+1;if(TempValue0=0x00) TempValue1+; flag=1;/ 负数标志/ 将温度值分为整数和小数两部分存储 ( 默认为 12 位精度 )CurTempInteger=(TempValue1&0x07)4); if(flag) CurTempInteger=-

22、CurTempInteger;CurTempDecimal=(TempValue0&0x0F)*625;/ LCD1602程序代码：/* *程序功能： 1602 液晶显示程序*单片机型号： STC90C160 12MHz */P0 端口 */*1602 液晶显示器控制端口分配，数据使用sbit LCD_RS=P26;sbit LCD_RW=P25;sbit LCD_EN=P27;/* *功能：毫秒级延时函数*参数： ms=毫秒数值*返回：无 */void LCDDelay(uint ms)uchar i, j;while(ms-)_nop_();1= 2;j = 239;dowhile (-j

23、);while (-i);/* *功能： 1602 液晶忙状态检测*参数：无*返回： 0 或 1， 1 表示状态忙， 0 表示状态闲 */bit LCD_Busy_Check()bit result;LCD_RS=0; LCD_RW=1; LCD_EN=1;Delay4us();result=(bit)(P0&0x80);LCD_EN=0;return result;/* *功能： 1602 液晶写指令*参数： cmd=1602LCD指令*返回：无 */void Write_LCD_Command(uchar cmd) while(LCD_Busy_Check();LCD_RS=0; LCD_

24、RW=0; LCD_EN=0; _nop_(); _nop_();P0=cmd; Delay4us();LCD_EN=1; Delay4us(); LCD_EN=0;/* *功能： 1602 液晶写数据*参数： dat= 一个字节数据*返回：无 */void Write_LCD_Data(uchar dat) while(LCD_Busy_Check();LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_EN=0;P0=dat;Delay4us();LCD_EN=1;Delay4us();LCD_EN=0;/* *功能：设置 1602 液晶显示位置*参数： pos=位置地址值*返回：无 */void

25、 LCD_Set_POS(uchar pos)Write_LCD_Command(pos|0x80);/* *功能： 1602 液晶初始化*参数：无*返回：无 */ void LCD_Initialize()LCDDelay(5);LCDDelay(5);LCDDelay(5);LCDDelay(5);Write_LCD_Command(0x01);Write_LCD_Command(0x38);Write_LCD_Command(0x0C);Write_LCD_Command(0x06);/* *功能：在 1602 液晶指定的行上显示字符串( 共两行，一行 16 个字符 )*参数： *str

26、= 字符串指针，LineNo= 行首地址 ( 第一行 0x00，第二行 0x40)*返回：无 */void LCD_Display_String(uchar *str, uchar LineNo)uchar k;LCD_Set_POS(LineNo);for(k=0;k16;k+) Write_LCD_Data(strk);/* *功能：在 1602 液晶指定位置显示一个字符( 共两行，一行 16 个字符 )*参数： Dat=一个字符，X= 列位置 (0-15)Y=行位置 (0 ， 1)* 返回：无 */void LCD_Display_OneChar(uchar Dat, uchar X, uchar Y)Y &= 0x01; / 限制 Y不能大于 1(2 行， 0-1)X &= 0x0F; / 限制 X不能大于 15(16 个字符， 0-15)if(Y) X |= 0x40; / 当要在第二行显示时地址码 +0x40;X |= 0x80; / 算出指令码Write_LCD_Command(X);Write_LCD_Data(Dat);/* 主函数 */ void main() LCD_Initialize();/1602 初始化LCD_Display_String(Prompts0,0x00);LCD_Display_String(Prompts5,0x40);