1、40儀表技術2011年第9期一種基于PIC單片機的測距系統常玉華，姚存治（鄭州鐵路職業技術學院，河南鄭州450052）摘要：介紹一種基于PIC單片機控制的超聲波測距系統，詳細闡述了其硬件及軟件的設計原理。該系統硬件結構簡單、工作可靠、有良好的測試精度和靈敏度，可用于汽車倒車防撞裝置、移動機器人、建筑工地及一些工業現場的位置監控，也可以用于液位、井深、管道長度等場合的測量。關鍵詞：超聲波；測距；控制中圖分類號：TM9309文獻標識碼：A文章編號：10062394（2011）09004003AnUltrasonicDistanceMeasurementSystemBasedonPICMicropr

2、ocessorCHANGYu-hua，YAOCun-zhi（ZhengzhouRailwayVocationalandTechnicalCollege，Zhengzhou450052，China）Abstract：AsupersonicrangefindingsystembasedonPICchipcomputerisdiscussedinthisarticle，andtheprincinpleofhardwareandsoftwaredesignisdescribedindetailThesystemhassimplehardwarecircuit，goodmeasur-ingprecisi

3、on，sensitivity，andcanworkreliablySoitcanbeusedformotorvehiclecollision，mobilerobot，buildingsite，andmeasureofliquidplace，depthofwell，lengthofpipingKeywords：ultrasonic；distancetesting；control使用超聲波方式實現測距與紅外線、激光等方式相比，它不受光線、被測對象顏色等影響；并且，由于超聲波可以實現非接觸的檢測，所以，對于測量環境處于黑暗、有灰塵、煙霧、有毒等惡劣的環境下也可以正常使用。超聲波在空氣中傳播速度較慢，

4、其回波較易檢具有較高的分辨力；并且，檢測迅速、方便，計測出來，算簡單，易于做到實時控制，測量精度也能滿足生產實際應用方面的要求。因此，這種測距方式被廣泛地應用在工農業生產的各個方面。本文將系統地介紹一種基于PIC16F873單片機的超聲波測距系統的硬件電路實現方式及軟件設計思路。1PIC16F873單片機定時器PWRT和振蕩器起振定時器OST；（3）有看門狗WDT；（4）可編程編碼保護；（5）節電休眠SLEEP模式；（6）具有商業和工業溫度范圍；（7）帶有SPITM和I2CTM的同步串行端口SSP；（8）具有4KB的FLASH程序存儲器；（9）22條I/O口線；（10）192字節數據存由于儲器

5、；（11）有5路10位A/D通道；特別地，PIC16F873具有128字節的EEPROM，因此，還可以用于設定參數需要經常修改的應用場合，可以實現在電路板上快速擦除和寫入，最適合制作實驗板。借助于實驗板，在程序編寫和調試過程中，可以方便地燒寫程序和修改程序。2測距基本原理PIC16F873單片機是美國Microchip公司推出的一種高性價比單片機，是一種功能強大的微控制器，具有獨特的RISC結構，數據總線和指令總線分離的哈佛總線結構，使指令只有單字長的特性。芯片引腳為28腳。可以為嵌入式控制系統提供高度靈活而有效的解決方案，其主要特點是：（1）具有上電復位POR功能；（2）具有電源上升利用超聲

6、波的指向性較強及在傳輸過程中能量損耗較慢、反射能力強的優點，來設計制作超聲波測距電路。首先，由超聲波發射電路激勵超聲波傳感器，使其產生超聲波發射信號，向某一測距方向定向發射超聲波。同時，單片機的計時器開始計時，發射信號一旦遇到障礙物就會產生回波，由超聲波接收器收到有效反射回波后，利用硬件電路對回波進行一系列的處理后收稿日期：201106作者簡介：常玉華（1979），女，碩士，研究方向為電氣自動化、自動化控制、測控與信號。2011年第9期儀表技術41輸出中斷請求信號給單片機，單片機收到中斷信號后停止計時。假設，超聲波在空氣中的傳播速度為v（m/s），從超聲波發射到接收回波的時間為t（s），則發射

7、點距障礙物的距離s=vt/2（m）。在已知超聲波在介質中的傳播速度的情況下，測距電路設計的主要任務就是計算超聲波從發射到接收到回波所需的時間。331系統設計系統的硬件電路設計如圖1所示，超聲測距系統由控制器CPU、顯示電圖1系統結構框圖路、時鐘振蕩電路、發射電路、接收電路和超聲波換能器等組成。測距系統選用PIC16F873單片機作為系統控制核心，以兩個共振頻率均為40kHz的超聲波換能器分別做為發射端和接收端。311發射電路如圖2所示，基本工作原理如下：首先，由單片機外接晶振與單片機配合產生高頻振蕩信號，經分頻后由I/O口輸出一系列40kHz的脈沖信號群。由于超聲波的傳播距離與它的振幅成正比，

8、為了使測距范圍足夠遠，因此，先對脈沖信號進行功率放大，然后去驅動超聲波傳感器。先將脈沖信號分兩路，一路送入CD4011倒相后經V1放大送入CD4069，另一路直接經V2放大送入CD4069，這兩路信號經CD4069進行功放后驅動超聲波發射傳感器產生一系列的超聲波發射向目標物體，當第一個超聲波脈沖發射后，單片機的計時器開始計時。圖2發射電路原理圖312接收電路如圖3所示：超聲波接收器收到回波后，利用超聲采用三個共陽極的數碼管進行距離數值顯示，可以顯示的范圍為010999m。由于PIC16F873有足夠的I/O口可供使用，所以在這個距離顯示電路中沒有使用譯碼器，而是直接利用了單片機上的I/O口來進

9、行譯碼顯示，并利用3個三極管進行位選擇。22系統的軟件設計主程序流程圖如圖4所示：由PIC16F873的I/O口輸出一系列的40kHz的脈沖信號驅動發射傳感器發出超聲波，同時，單片機計時器開始計時。發射的超聲波信號一旦遇到障礙物就會產生回波，回波信號被超聲波接收器接收到后，就利用硬件電路對回波進行一系列的處理后輸出中斷請求信號送給單片機，單片換能器將聲波信號轉化為電信號，由于回波信號較弱，所以先經CD1069進行前置放大，然后經帶通濾波后送到UV471再次放大，最后采用比較器LF356使前級信號與基準信號進行比較，消除沒有經過障礙物直接接收到的回波信號，并配合后級CD4069對回波信號進行整形

10、，整形后的方波中斷請求信號輸送給PIC16F873產生中斷，計時器停止計時，并利用程序將時間轉算為距離。313距離顯示電路在顯示距離的電路中本測距系統精度為厘米級，42儀表技術2011年第9期圖3接收電路原理圖機接收到中斷信號后計時器停止計時。然后，由程序運算得出測量數據，并送LED進行譯碼顯示出所測的距離值。性，因此，可用于汽車倒車防撞裝置、移動機器人、建筑工地及一些工業現場的位置監控，也可以用于如液位、井深、管道長度等場合的測量。參考文獻：1劉篤仁PIC軟硬件系統設計基于PIC16F87X系列M北京：電子工業出版社，20052丁躍軍，M北來清民，劉建華，等PIC單片機基礎教程2005京：北

11、京航空航天大學出版社，3董曉紅單片機原理及接口技術M西安：西安電子科技2004大學出版社，（郁菁編發）櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚（上接第39頁）雜的運動控制。參考文獻：圖4主程序流程圖1齊珊多軸運動控制系統設計D天津：天津大學，20082李偉通用串行總線技術在數字運動控制中的應用研究D濟南：山東大學，20073葉佩青，M北京：張輝PCL6045B運動控制與數控應用2007清華大學出版社，4徐朝陽運動控制器底層技術研究與開發D長沙：國防2003科學技術大學，5劉丹，傅建中基于ARM和PCL6045B的運動控制器設計J控制與檢測，2006（3）：47496WeihaiChen，ZhaojinWen，ZhiyueXu，etalImplementationof3-axislinearinterpolationinaFPGA-based4-axismotioncontrollerJIndustrialElectronicsandApplications，2008（3）：13081313當接通電源使單片機進入工作狀態后，由程序控制發出一系列40kHz的脈沖信號，驅動發射電路開始工作。同時，單片