论文总字数：16557字

摘 要

近些年，伴随着电子技术的发展，测距系统经历了最初的用尺进行物理测量到现在采用电子技术的非接触测量的过程。将单片机技术与超声波技术结合，能制造出携带方便、价格低廉、安全可靠、精度较高的超声波测距仪。

本课题设计和实现了一款基于单片机的超声波测距仪。控制模块使用的是STM32单片机，负责周边芯片的控制以及测距的计算。系统复位后，单片机向HC-SR04超声波模块发送触发信号，触发HC-SR04发出超声波，同时单片机通过外中断口INTO判断HC-SR04的ECHO口是否有高电平的存在，以此作为是否已接收到回波的依据，ECHO所发出的高电平持续的时间与超声波传播的时间相同，依据ECHO口高电平持续的时间与声速就可以计算出所测量的距离。因为声速对环境温度的变化比较敏感，因此在设计中加入了DS18B20温度传感器测量实时温度，根据温度变化及时调整声速，以保证所计算结果的准确性。在获取了超声波传播时间以及声速等数据后，单片机进行距离的计算，最终将数据发送给LCD1602进行实时显示。

从所测量的数据中可以看出，加入了温度补偿模块后，相较于未加入温度补偿的超声波测距系统，本设计的精度有了较大的提高，符合了日常使用的要求。

关键词：超声波测距 单片机 DS18B20 温度补偿 LCD1602

The Design and Implementation of Collision Avoidance System

Abstract

Along with the development of electronic technology in recent years，the price of SCM is getting lower and lower and the performance of SCM is getting better and better. With the combination of single chip microcomputer and ultrasonic technology, the convenient, low price and reliable ultrasonic range finder can be made in our life.

The distance measuring system is based on SCM. As the control module, SCM STM32 is used to control the system. At the beginning, SCM sends a trigger signal to HC-SR04 and then HC-SR04 emits ultrasonic waves. The SCM determines HC-SR04's ECHO mouth if there is a high level of presence by external interrupt port. The time of the ECHO's high level is the same as the ultrasonic wave transmission time. So the SCM calculates the distance according to the time. The speed of sound is sensitive to temperature changes so DS18B20 is added to this design to measure temperature. The design can adjust the speed of sound in time according to the temperature. In obtaining the ultrasonic propagation time and the speed of sound, the microcontroller is able to calculate the distance and the final data will be sent to LCD1602 displayed in real time.

According to the experimental test data, compared to other ultrasonic ranging system, the accuracy of the design has been greatly improved because of the temperature compensation module and meets the requirements of daily use.

Key Words : ultrasonic distance measurement；SCM；DS18B20；temperature compensation；LCD1602

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1课题背景 1

1.2 国内外发展 1

1.3本文主要研究的内容 1

第二章 系统总体方案的设计 3

2.1系统框图说明 3

2.2超声波测距的原理 3

2.3各功能模块说明 4

2.3.1超声波发射电路 4

2.3.2超声波接收电路 5

2.3.3超声波控制单元 5

2.3.4显示单元 5

2.3.5测温单元 5

第三章 硬件设计 6

3.1 硬件设计框图 6

3.2 STM32单片机最小系统 6

3.3 温度传感器模块 7

3.4 HC-SR04超声波模块 9

3.5液晶显示器 10

第四章 软件设计 12

4.1系统整体流程图 12

4.2μVision4 IDE简介 13

4.3测温模块程序 13

4.4超声波收发程序 16

4.5距离计算程序 17

4.6显示模块程序 18

第五章 电路设计 21

5.1 简介 21

5.2 系统原理图 21

5.3 开发板原理图 22

第六章 硬件电路测试 23

6.1 硬件电路的连接 23

6.2 测试数据 23

结 语 25

参考文献 26

第一章 绪 论

1.1课题背景

超声波技术是日常生活中使用较多的一种声波技术，其工作频率超过20KHZ。在工程探伤、汽车测速、无人机、医疗成像、清洗等方面都有着较多的应用。

超声波频率高，在前进过程中碰到障碍物后，一般声波会绕射或是被物体吸收，而大部分超声波会被反射回来，因此很容易被接收器探测到。同时相比于其他电子测距方式，超声波测量不易受电磁波、雾霾的干扰，在很多复杂环境中有良好的表现。另外在相同传播距离内，超声波的传播时间要比电磁波长很多，因此记录超声波的传播时间要比记录电磁波传播时间方便很多，设计软硬件计时电路模块也相对可靠、便宜。

根据不同的需求，超声波测距系统有着不同的应用，在倒车雷达、无人驾驶、智能机器人、无人机等方面都能看到超声波测距的应用。

1.2 课题设计意义

超声波测距不同于传统的测距方式，它是一种非接触测距方式，同时测量精度也提高了很多，并且实时性较好，可以快速测量。在不少智能机器人中，使用超声波测距系统可以实现准确快速避障，使机器人实现智能化自我控制。其他方面应用于水文测量、产品检测、位置监测、车辆避障等领域。

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