蔣鵬 張春艷 朱芙菁

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714059

摘要：本項目采用了高性能單片機STM32作為控制單元，多個超聲波測距模塊構成的測量單元，可以對多個方向進行測量，并且測量單元和控制單元通過無線通信進行信息交換，擺脫了線路的束縛。

關鍵詞：STM32；超聲波測距；無線通信

超聲波測距主要應用于倒車提醒、行動機器人、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量。常見的超聲波測距儀將測距模塊、控制單元及報警電路設計成一個整體，僅具有測量和報警功能，如倒車雷達，或者將測距模塊通過線路與控制、顯示、報警模塊相連，如帶顯示功能的倒車雷達。隨著技術的發(fā)展，普通的超聲波測距儀已經(jīng)跟不上時代的進步了，如以上兩種超聲波測距雷達都有很大的局限性?；诖耍覀冇媱澰O計基于STM32F103控制的——多路無線通信超聲波測距儀。

1 項目硬件構成

該項目的硬件部分由單片機控制模塊、顯示模塊、無線通信模塊、波測距模塊四大部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

控制模塊選用的是STM32系列的STM32F103型單片機，它具有高性能、低成本、低功耗等特點，并且時鐘頻率達到了72MHz，具有較快的運行速度。顯示模塊采用了4.3寸的TFTLCD顯示器，其色彩豐富，亮度高，支持中英文顯示并且可自定義字體及大小。無線通信模塊則選擇了NRF24L01，NRF24L01是由NORDIC生產(chǎn)的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片，采用FSK 調(diào)制，集成NORDIC自家的Enhanced Short Burst協(xié)議?？梢詫崿F(xiàn)點對點或是1對6的無線通信，無線通信速度最高可達到2Mbps，NRF24L01采用SPI通信。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設置可以通過SPI 接口進行設置，幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數(shù)據(jù)傳送工作。測距模塊采用的是HYSRF05超聲波模塊，HYSRF05超聲波模塊可提供2cm～450cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可高達3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。

本項目中由單片機控制模塊、TFTLCD顯示模塊、無線通信模塊構成了顯示單元，這個部分是整個系統(tǒng)的核心所在，STM32F103對從NRF24L01接收到的距離數(shù)據(jù)進行處理，并實時顯示在TFTLCD顯示屏上。測量單元由單片機控制模塊、信息采集模塊、無線通信模塊構成。本項目中可以具有多個測量單元，測量單元實時將超聲波模塊測量到的距離數(shù)據(jù)通過無線通信模塊傳遞給顯示單元，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后將不同通道的數(shù)據(jù)分別顯示在屏幕上。

2 超聲波模塊接口設計及工作原理

超聲波模塊的回響信號輸出端Echo與PC14相連；觸發(fā)控制、信號輸入端Echo與PC15相連。

HYSRF05超聲波測距模塊基本工作原理：當單片機至少給Trig10us以上的高電平時觸發(fā)模塊開始測距，模塊自動發(fā)送8個40KHz的方波，并自動潔廁是否有信號返回，當有信號返回時，通過Echo輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。超聲波模塊的工作時序如圖2所示。

3 軟件設計

測量單元程序流程圖如圖3a所示，測量單元主要功能就是每隔一段時間利用超聲波測距模塊進行測距，并通過NRF24L01將測量結果返回給顯示單元。本段程序的關鍵在于得到測量結果，通過圖4的回響信號可以看出高電平持續(xù)的時間就是聲波一個往返所用時間，因此在模塊自動發(fā)送8個40KHz的方波后檢測到回響信號產(chǎn)生高電平時啟動定時器，當回響信號出現(xiàn)下降沿時停止計時，讀取定時器的計數(shù)值得到聲波的往返時間，通過公式就可以計算出測量距離。測量距離的計算公式為：距離=（高電平時間*340M/S）/2。

顯示單元程序流程圖如圖3b所示。在本項目中，顯示單元最多連接六個測量單元，利用NRF24L01的六個通道分別接收六個測量單元發(fā)送的測量信息，并在TFTLCD屏顯示。

參考文獻：

[1]譚浩強.C程序設計（第二版）.清華大學出版社，1999，12.

[2]武奇生.基于ARM的單片機應用及實踐·STM32案例式教學.機械工業(yè)出版社，2014，6.