超声波测距传感器初识之HC-SR04

1.HC-SR04初识

  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，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。其基本工作原理采用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。

  超声波传感器测距时，被测物体的面积不少于0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的结果。建议测量周期为60ms以上，以防发射信号对回响信号的影响。超声波时序图如下图所示。

 

 

 

 

2.HC-SR04原理图

  HC-SR04模块有四个引线接口，VCC、GND、Trig、Echo。VCC供5V电源，GND接地，Trig触发控制信号输入，Echo回响信号输出。HC-SR04原理图如下图所示。

 

       HC-SR04模块中STC11是一款STC单片机（STC单片机的一个系列，而不是一个具体的单片机型号），P65/P64接口外接4MHz的晶振电路，P63口接复位电路，STC11的作用是根据收到的发送信号TRIG，发送一端40kHZ波形给MAX232；还有个作用是根据接收到的超声波波形，返回一段ECHO信号。MAX232芯片起电平转换的作用，因为STC11单片机在P51/P52口输出的波形是TTL。为了使HC-SR04模块的测距变宽，MAX232对40KHZ的信号进行电平转换，功率放大。TL074为四路低噪声输入运算放大器。其作用为对接收到的超声波电压信号进行信号放大、滤波、电压比较等。接收电路可参考下图。

注：此图与HC-SR04模块图接收电路不同。

3.基于HC-SR04的测距仪设计

   该系统采用51系列单片机为控制核心，LCD1602为显示电路，HC-SR04为超声波传感器。实物图如下图所示。

LCD显示驱动代码

 

#include"lcd.h"


void Read_Busy()           //
{
    unsigned char sta;      //
    LCD1602_DB = 0xff;
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 1;
    do
    {
        LCD1602_EN = 1;
        sta = LCD1602_DB;
        LCD1602_EN = 0;    //
    }while(sta & 0x80);
}

void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd)     //
{
    Read_Busy();
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 0;
    LCD1602_DB = cmd;
    LCD1602_EN = 1;
    LCD1602_EN = 0;    
}

void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat)   //
{
      Read_Busy();
      LCD1602_RS = 1;
      LCD1602_RW = 0;
      LCD1602_DB = dat;
      LCD1602_EN = 1;
      LCD1602_EN = 0;
}

void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y)  //
{
    unsigned char addr;
    if(y == 0)
        addr = 0x00 + x;
    else
        addr = 0x40 + x;
    
    Lcd1602_Write_Cmd(addr|0x80);
}

//
void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData)
{
    Y &= 0x1;
    X &= 0xF; //
    if (Y) X |= 0x40; //
    X |= 0x80; //
    Lcd1602_Write_Cmd(X); //
    Lcd1602_Write_Data(DData); //
}


void LcdShowStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str)     
{
    LcdSetCursor(x,y);      //
    while(*str != '\0')
    {
        Lcd1602_Write_Data(*str++);
    }
}

void InitLcd1602()              //
{
    Lcd1602_Write_Cmd(0x38);    //
    Lcd1602_Write_Cmd(0x0c);
    Lcd1602_Write_Cmd(0x06);
    Lcd1602_Write_Cmd(0x01);    //
}

 

 

 

超声波测距仪主程序

#include<reg51.h>
#include<intrins.h>    
#include"lcd.h"

sbit Trig = P2^1;
sbit Echo = P2^0;



unsigned char PuZh[]=" Test ";
unsigned char code ASCII[15] =    {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','.','-','M'};

static unsigned char DisNum = 0; //ÏÔʾÓÃÖ¸Õë                  
       unsigned int  time=0;
       unsigned long S=0;
       bit      flag =0;
       unsigned char disbuff[4]       ={ 0,0,0,0,};


void Conut(void)
    {
     time=TH0*256+TL0;
     TH0=0;
     TL0=0;
    
     S=(time*1.7)/100;     //Ëã³öÀ´ÊÇCM
     if((S>=700)||flag==1) //³¬³ö²âÁ¿·¶Î§ÏÔʾ¡°-¡±
     {     
      flag=0;
     
      DisplayOneChar(0, 1, ASCII[11]);
      DisplayOneChar(1, 1, ASCII[10]);    //ÏÔʾµã
      DisplayOneChar(2, 1, ASCII[11]);
      DisplayOneChar(3, 1, ASCII[11]);
      DisplayOneChar(4, 1, ASCII[12]);    //ÏÔʾM
     }
     else
     {
      disbuff[0]=S%1000/100;
      disbuff[1]=S%1000%100/10;
      disbuff[2]=S%1000%10 %10;
      DisplayOneChar(0, 1, ASCII[disbuff[0]]);
      DisplayOneChar(1, 1, ASCII[10]);    //ÏÔʾµã
      DisplayOneChar(2, 1, ASCII[disbuff[1]]);
      DisplayOneChar(3, 1, ASCII[disbuff[2]]);
      DisplayOneChar(4, 1, ASCII[12]);    //ÏÔʾM
     }
    }

void zd0() interrupt 1          //T0ÖжÏÓÃÀ´¼ÆÊýÆ÷Òç³ö,³¬¹ý²â¾à·¶Î§
  {
    flag=1;                             //ÖжÏÒç³ö±êÖ¾
  }

 void  StartModule()                  //Æô¶¯Ä£¿é
  {
      Trig=1;                                 //Æô¶¯Ò»´ÎÄ£¿é
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_();
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_(); 
      _nop_();
      Trig=0;
  }



void delayms(unsigned int ms)
{
    unsigned char i=100,j;
    for(;ms;ms--)
    {
        while(--i)
        {
            j=10;
            while(--j);
        }
    }
}

void main(void)
{
     P1 = 0xF0;
     TMOD=0x01;           //ÉèT0Ϊ·½Ê½1£¬GATE=1£»
     TH0=0;
     TL0=0;          
     ET0=1;             //ÔÊÐíT0ÖжÏ
     EA=1;               //¿ªÆô×ÜÖÐ¶Ï    

    InitLcd1602();
    LcdShowStr(0,0,PuZh);
    while(1)
    {
         StartModule();
         while(!Echo);        //µ±RXΪÁãʱµÈ´ý
         TR0=1;                //¿ªÆô¼ÆÊý
         while(Echo);            //µ±RXΪ1¼ÆÊý²¢µÈ´ý
         TR0=0;                //¹Ø±Õ¼ÆÊý
         Conut();            //¼ÆËã
         delayms(80);
    }
            
}