基于51单片机的按键控制超声波测距及显示的实现

1.方案设计：

1.1器件的选择：

hc-sr04超声波模块具有探测距离精度高、性能稳定、盲区小的特点，这能使测距更加精确和改进更加合理。

该系统的单片机采用宏晶公司的STC90C516RD+单片机，是原来STC89系列的升级版本，具有更强的抗干扰，抗静电能力，复位效果更好，功耗低，速度快。

蜂鸣器采用无源蜂鸣器，相比有源蜂鸣器虽然难度变大，必须用2K~5K的方波去驱动它，但声音频率可控，且价格更加低廉。

Lcd1602工业字符型液晶能够同时显示16x02即32个字符，与其他液晶显示器相比，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。

按键采用独立按键。

如图：

1.2模块改进

   超声波模块的处理：由于这次题目要求测到7米，所以普通的超声波测距模块肯定达不到，所以要么通过硬件改进，要么通过软件改进。这里介绍硬件改进方法：

实物图：

原理图：

上图标志电阻R3,可以调节最大探测距离。R3电阻为392，探测距离最大4.5M 左右，探测角度小于15 度；R3 电阻为472，探测距离最大 7M左右，探测角度小于30度；出厂默认392，即最大探测距离4.5M左右。R3 电阻大，接收部分增益高，检测距离大，但检测角度会相应变大，容易检测到前方旁边的物体。所以精度又2mm降低到1cm。

可以通过在洞洞板上焊接排座和排针来固定超声波模块：同时更方便的连接引脚和更换超声波模块。

2.电路原理图，硬件连接图

lcd1602的RW、RS、E脚和D0~D7引脚通过手动焊接与单片机P0~P7引脚相连.如图：

蜂鸣器：

按键：通过软件延时消抖

硬件连接图：

说明：将hc-sr04 TRIG脚连接 P2.3，ECHO脚连接P2.4，VCC、GND分别连接单片机的VCC、GND。

P1连接8个独立按键，启动测距。

P0连接 D0~D7脚，E脚连接P2.7，RW = P2^5，RS脚连接P2.6（事先已焊接好内部电路，不需要外部连接）。

蜂鸣器接P2.1。

3.算法部分

通过检测按键是否为按下，按下，则启动检测，再检测按键是否松开。同时蜂鸣器响提示开始检测，给TRIG脚至少 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ECHO脚输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。只需通过定时器记下ECHO脚高电平时间t，再通过公式s=(t*v)/2，就可算出距离s，

再通过lcd1602进行显示。

4.程序

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint  unsigned int

#define key P1//定义按键为P1

#define LCD1602_DATAPINS P0 //定义D0~D7

sbit LCD1602_E = P2^7; //位定义E、RW、RS

sbit LCD1602_RW = P2^5;

sbit LCD1602_RS = P2^6;

sbit trig = P2^3; //定义超声波发，收

sbit echo = P2^4; 

sbit BF = P0^7; //定义读忙

sbit beep=P2^1;//蜂鸣器

void check();//声明检测函数

void Delay1ms(uint c);//延时误差 0us

void LcdWriteCom(uchar com);//写指令函数

void LcdWriteData(uchar dat);//写数据函数

void LcdInit();//1602初始化函数

void count();//计算距离

uchar busytest();//读忙函数

uint scank();//扫描键盘

uint time,keyvalue,S;  //定义全局变量时间，键值，距离

void main()

{

uchar x[]="0123456789cm";//

TMOD=0x01;//设置工作方式

EA=1; //开总中断

ET0=1; //开定时器允许中断

TH0=0;//赋初值

TL0=0;

while(1)

{

int a=100;

keyvalue=scank();  //扫描键盘

if(keyvalue!=0)

{

while(a--)//蜂鸣器响一下

{beep=1;

Delay1ms(1);

beep=0;

Delay1ms(1);

}

check();   //超声波测距

count();  //计算距离

LcdInit(); //1602初始化函数

LcdWriteData(x[S/100]);//显示百位

LcdWriteData(x[S%100/10]); //十位

LcdWriteData(x[S%100%10]); //个位

LcdWriteData(x[10]);

LcdWriteData(x[11]); //单位

Delay1ms(100) ;

while(1) //保持显示

{

keyvalue=scank();  //扫描键盘

if(keyvalue!=0)

break;

}

}

} 

}

/**************************************************************************************/

void check() //检测函数

{

trig=1;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

trig=0;

}

uint scank()

{ 

   uint i=0;

   keyvalue=0;

   if(key!=0xff)//检测按键是否按下

   {

     Delay1ms(5);//消抖

   }

   if(key!=0xff)//再次检测按键是否按下

   {

       keyvalue=key;

  while((key!=0xff)&&(i<50) )//检测按键是否送开

  {

   i++;

  }

  Delay1ms(5);//消抖

}

   return keyvalue;//返回键值

}

void count() //计算函数

{

  while(!echo);//当ECHO脚为1，开始记时

  TR0=1;

  while(echo);//当ECHO脚为0，关闭计时

  TR0=0;

  time=TH0*256+TL0;

  TH0=0;

  TL0=0;

  S=(time*1.7)/100; //单位厘米

} 

void LcdWriteCom(uchar com)  //写入命令

{

while(busytest()==1);

LCD1602_E = 0;     //使能

LCD1602_RS = 0;   //选择输入命令

LCD1602_RW = 0;   //选择写入

LCD1602_DATAPINS = com;     //放入命令

    Delay1ms(1); //等待数据稳定

LCD1602_E = 1;          //写入时序

    Delay1ms(5);  //保持时间

LCD1602_E = 0;

}

void LcdWriteData(uchar dat) //写入数据

{

    while(busytest()==1);

LCD1602_E = 0; //使能清零

LCD1602_RS = 1; //选择输入数据

LCD1602_RW = 0; //选择写入

LCD1602_DATAPINS = dat; //写入数据

Delay1ms(1);

LCD1602_E = 1;   //写入时序

Delay1ms(5);   //保持时间

LCD1602_E = 0;

}

void LcdInit()  //LCD初始化子程序

{

  LcdWriteCom(0x38);  //功能设定[8位数据],[双行显示],[5*8点阵显示模式]

LcdWriteCom(0x0c);  //开显示不显示光标

LcdWriteCom(0x06);  //写一个指针加1

LcdWriteCom(0x01);  //清屏

LcdWriteCom(0x80);  //设置数据指针起点

}

void Delay1ms(uint c)   //误差 0us

{

    uchar a,b;

for (; c>0; c--)

{

for (b=199;b>0;b--)

{

  for(a=1;a>0;a--);

}      

}

}

uchar busytest(void)//读忙，1为忙，0为不忙

{

    bit result;//位定义，一字节

LCD1602_E = 1;

LCD1602_RS = 0;

LCD1602_RW = 1;

    Delay1ms(1);

result=BF; //确定是否处于忙碌状态

LCD1602_E=0;

return result;

}

前提是你得添加51单片机的库reg52.h，我使用的是keil编译环境。

5.遇到的问题

通过改变电阻的方法来扩大增益，增大测量距离，将原来的测量范围由4.5增大到7米，但角度会增大到30度，会检测到前方旁边的物体。导致了稳定性降低，测距会出现大误差数据，并且精度降低。

6.结论

本文阐述了超声波模块的改进方法和各种模块连接的方法，采用了按键、lcd1602、蜂鸣器等模块，改变电阻解决了超声波模块测量距离短的问题，基于51单片机的按键控制超声波测距及显示（带提示音）具有测量范围大，稳定性较高的特点，能够较好的完成测距工作。