基于STM32的超聲波測(cè)距

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于STM32和US-100的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì) 摘 要：結(jié)合嵌入式處理器STM32F103與超聲波傳感器設(shè)計(jì)的一種簡(jiǎn)易的智能超聲波測(cè)距儀裝置，采用ARM內(nèi)核芯片STM32F103ZET6的32位嵌入式微處理器與帶有溫度補(bǔ)償?shù)腢S-100超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)聲波測(cè)距。STM32的串口資源相當(dāng)豐富，能提供5路串口，通過(guò)微處理器的串口實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示和TFTLCD顯示距離等參數(shù)。US-100帶有溫度傳感器，對(duì)超聲波的聲速進(jìn)行補(bǔ)償，提高測(cè)量精度。關(guān)鍵詞：STM32F103；US-100；超聲波測(cè)距；TFTLCD顯示 Design of Ultrasonic Distance Mea

2、surement Based on STM32 And US-100 Abstract：Combined with the embedded microprocessor STM32F103 and ultrasonic sensor design a simple intelligent ultrasonic range finder devices, using ARM kernel chip STM32F103ZET632-bit embedded microcontroller processor with temperature compensation of US - 100 ul

3、trasonic ranging module implements sound ranging.STM32 serial port resources rich in serial port can provide 5 road, through the serial port of the microprocessor to achieve real-time display and TFTLCD parameters such as distance.US - 100 with a temperature sensor, to compensate the velocity of ult

4、rasonic wave, improve the accuracy of measurement.Keywords：STM32F103；US-100；Ultrasonic Distance Measurement;TFTLCD-Showing0 引言 超聲波測(cè)距是一種典型的非接測(cè)量方式。超聲波在氣體、液體及固體中以不同速度傳播，定向性好、能量集中、傳輸過(guò)程中衰減較小、反射能力較強(qiáng)1。且超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路容易實(shí)現(xiàn)、成本低、速度快，所以在工業(yè)自動(dòng)控制、建筑工程測(cè)量和機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，它具有非接觸式測(cè)量、精度高、范圍寬和安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)2。本設(shè)計(jì)結(jié)合嵌入式處理器與超聲波

5、測(cè)距模塊提供一種超聲波測(cè)距裝置，系統(tǒng)采用嵌入式處理器控制US-100超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送和接受。US-100帶有溫度補(bǔ)償，對(duì)測(cè)量的距離進(jìn)行校正，提高了測(cè)量的精度。結(jié)合STM32豐富的串口資源，本裝置通過(guò)串口2與US-100相互通信，進(jìn)行超聲波的收發(fā)和溫度補(bǔ)償，得到測(cè)量距離，通過(guò)TFTLCD顯示；并通過(guò)串口1在PC機(jī)上實(shí)時(shí)顯示。1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖 1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖Fig.1 Diagram of the overall system design 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖1，可以看到該超聲波測(cè)距裝置由STM32微處理器、US-100超聲波測(cè)距模塊、TFTLCD液晶顯示組成。控制器通過(guò)控制US

6、-100超聲波模塊實(shí)現(xiàn)超聲波的收發(fā)，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償提高精度，得到精確的距離數(shù)據(jù)。再通過(guò)控制器自身串口通信向PC機(jī)串口實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和TFTLCD液晶顯示的人機(jī)交互界面。STM32的高性能、低功耗和高主頻等優(yōu)點(diǎn)給該裝置測(cè)距實(shí)現(xiàn)更加完備。2 硬件設(shè)計(jì)2.1 主控制模塊STM32F103微控制器基于ARM Conex-M3內(nèi)核的STM32F103ZET6時(shí)鐘頻率可高達(dá)72Mhz，提供20KB的RAM、多大128KB的嵌入式閃存和豐富的外設(shè)接口，處理速度比同級(jí)別的基于ARM7TDMI的產(chǎn)品快30%，產(chǎn)品功耗比同級(jí)別低75%3。使用新內(nèi)核ARM Conex-M3是針對(duì)MCU的低成本、縮減的管腳數(shù)目、降低的

7、系統(tǒng)功耗，同時(shí)提供卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)的需要而推出的。ARM Conex-M3采用純Thumb2指令高效32位哈弗微體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)外設(shè)，使這個(gè)具有32高性能的ARM內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)8位和16位的代碼儲(chǔ)存密度，幾乎把所有應(yīng)用軟件所需內(nèi)存容量降低了一半。由于ARM Conex-M3的架構(gòu)和豐富的外設(shè)組件，使得它也適用于要求高度集成和低功耗的嵌入式場(chǎng)合42.2 US-100超聲波測(cè)距模塊 US-100超聲波測(cè)距模塊可實(shí)現(xiàn)2cm4.5m的非接觸測(cè)距功能，擁有2.4V5.5的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA,自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門(mén)狗，

8、工作穩(wěn)定可靠。有串口觸發(fā)測(cè)距和電平觸發(fā)測(cè)距兩種方式。本設(shè)計(jì)采用串口觸發(fā)測(cè)距，在此模式下只需要在TX管腳輸入0X55（波特率9600），系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值測(cè)量5，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，將矯正后的結(jié)果通過(guò)RX管腳輸出。US-100超聲波模塊的引腳圖如下：1腳接電源VCC，2腳接STM32F103ZET6的PA2，3腳接PA3，4腳接地即可。圖 2 US -100超聲波測(cè)距模塊圖Fig.2 US - 100 ultrasonic ranging module chart2.3 TFTLCD液晶顯示設(shè)計(jì) 利用微

9、處理器STM32開(kāi)發(fā)板上的LCD接口來(lái)點(diǎn)亮TFTLCD，并實(shí)現(xiàn)ASC字符和彩色的顯示等功能，并在串口打印LCD控制器ID，同時(shí)在LCD上顯示。開(kāi)發(fā)板上的TFTLCD采用位的并方式與外部鏈接，之所以不采用位的方式，是因?yàn)椴势恋臄?shù)據(jù)量較大，尤其是在顯示圖片的時(shí)候如果用位數(shù)據(jù)線就會(huì)比位方式慢一倍以上，為了顯示提高顯示速度，所以選16位的接口6。TFTLCD液晶顯示模塊接口圖如下： 圖 3 TFTLCD模塊接口電路圖Fig.3 TFTLCD module interface circuit diagram2.4 RS-232串行通信模塊接口設(shè)計(jì) 微處理器STM32通過(guò)串口和上位機(jī)對(duì)話，STM32在收到

10、上位機(jī)發(fā)送來(lái)的字符串后，原原本本的返回給上位機(jī)。本系統(tǒng)采用串口觸發(fā)的方式進(jìn)行超聲波測(cè)距，把采集的距離通過(guò)串口1發(fā)送給上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示，對(duì)超聲波模塊的數(shù)據(jù)采集需要重新配置串口2，實(shí)現(xiàn)串口2與US-100之間的通信，再通過(guò)TFTLCD顯示測(cè)的的距離。3 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分的控制和響應(yīng)。由于系統(tǒng)采用的ARM Conex-M3處理器集成調(diào)試功能，可實(shí)現(xiàn)快速驗(yàn)證支持多種開(kāi)發(fā)功能。結(jié)合具有Thumb-2功能強(qiáng)大的指令集，可只使用C語(yǔ)言編程（包括復(fù)位、中斷、異常處理），不需要模塊轉(zhuǎn)換，不需要匯編程序的軟件管理，系統(tǒng)中軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，若干個(gè)小的程序或模塊，分別進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)

11、、編程、測(cè)試、和查錯(cuò)，最后連成1個(gè)完整的應(yīng)用程序，對(duì)每一個(gè)外設(shè)都有相應(yīng)的例程，可以方便的進(jìn)行移植7。系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序、串口中斷子程序兩個(gè)模塊。系統(tǒng)中主程序合理結(jié)合中斷子程序，使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，并且主頻消耗低，速度快。主程序控制處理器送入0X55數(shù)據(jù)，采用串口觸發(fā)的方式測(cè)距，得到觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)入中斷子程序。發(fā)射8個(gè)40KHZ的超聲波脈沖，檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，US-100自帶溫度補(bǔ)償功能對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，提高了測(cè)量精度，然后通過(guò)串口送給電腦實(shí)時(shí)顯示距離，并且在主程序中對(duì)測(cè)的距離進(jìn)行液晶顯示，具有距離小于150mm時(shí)的蜂鳴器報(bào)警功能，另外可以在TFTLCD上顯示使

12、用狀態(tài)。該設(shè)計(jì)還可以綜合利用在智能家居的智能系統(tǒng)中，可以用于容量探測(cè)，實(shí)時(shí)掌控；也可以用于車載倒車和避障系統(tǒng)中。超聲波測(cè)距具有很多實(shí)際應(yīng)用，在各種智能系統(tǒng)中都有它的聲影。軟件運(yùn)行流程如下： 圖 4 主程序 圖 5 串口中斷程序Fig.4  main program Fig.5  A serial port interrupt program /*主程序（程序入口）*/ int main(void) int distant; u8 x=0;u8 temp12; /存放LCD ID字符串delay_init(); /延時(shí)函數(shù)初始化 NVIC_Configuration(); /

13、設(shè)置NVIC中斷分組2:2位搶占優(yōu)先級(jí)，2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí)uart_init(9600); /串口1初始化為9600uart_init_2(9600); /串口2初始化為9600 LED_Init(); /LED端口初始化BEEP_Init(); /初始化蜂鳴器端口LCD_Init();POINT_COLOR=BLUE; while(1) USART_SendData(USART2,0x55); /向串口2發(fā)送數(shù)據(jù)0X55輸入到TX端口 delay_ms(4000); /延時(shí) LED0=!LED0; LCD_ShowString(30,110,200,16,16,temp); delay_ms(2

14、000); LCD_ShowString(30,50,200,16,16," RANGING");if(distant<150&&distant!=0) /距離小于150mm時(shí)報(bào)警BEEP=1; /蜂鳴器報(bào)警LED1=0; /LED亮elseBEEP=0;LED1=1; /*串口中斷子程序（串口中斷入口）*/int globe1;int globe2;int flag=0;int distant;u8 temp12;/存放LCD ID字符串void USART2_IRQHandler(void) /串口2中斷服務(wù)程序u8 Res;if(USART_Ge

15、tITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET) /接收中斷(接收到的數(shù)據(jù)必須是0x0d 0x0a結(jié)尾)Res =USART_ReceiveData(USART2);/(USART2->DR);/讀取接收到的數(shù)據(jù) if(flag%2=0)globe1=Res;flag+;elseglobe2=Res;distant=globe1*256+globe2; /距離計(jì)算公式delay_ms(40000);printf("The distant is:%dcmn",distant); /串口1顯示距離flag+;LCD_ShowString

16、(50,130,200,16,16,"distance:"); LCD_ShowNum(120,130,distant,4,16);/液晶顯示距離if(distant<150&&distant!=0)BEEP=1;LED1=0;LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"FULL");elseBEEP=0; LED1=1;LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"USED"); 4 結(jié)論本設(shè)計(jì)以ARM Conex-M3內(nèi)核微控制器為超聲波測(cè)距的控制核心，再結(jié)合帶有超聲波收發(fā)和溫度補(bǔ)償?shù)腢S-100超聲波測(cè)距模塊簡(jiǎn)化了電路和開(kāi)發(fā)環(huán)境。利用STM32中斷子程序優(yōu)化了軟件編程，使系統(tǒng)運(yùn)行內(nèi)存更小，功耗更低；US-100進(jìn)行的溫度補(bǔ)償減小了誤差，提高了精度，在近距離測(cè)量范圍內(nèi)，該設(shè)計(jì)可達(dá)到mm級(jí)。該裝置具有很好的實(shí)用性。參考文獻(xiàn)： 夏晨，李樸.反應(yīng)釜設(shè)計(jì)及其溫度控制系統(tǒng)J.化工自動(dòng)化及儀表，2004,31（1）:66-69 時(shí)德剛，劉嘩。超聲波測(cè)距的研究J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002，9（10）：31-33 陳文凱，張根寶，張震強(qiáng).基于ARM Conex-M3內(nèi)核微控