基于51单片机的HC-SR04超声波测距系统制作

基于51单片机带温度补偿的HC-SR04超声波测距系统利用从网上购买的HC-SR04超声波模块制作了一个测距装置，HC-SR04自身不带温度补偿功能，所以加上一个使用DS18B20做的温度测量模块。整个系统包括：51单片机最小系统，超声波测距模块、温度测量模块、液晶显示模块。使用了如下主要元器件：元件说明数量STC90C516RC51单片机1HC-SR04超声波测距模块1DS18B20温度测量模块1lcd1602液晶显示模块1系统电路图51单片机最小系统单片机型号：STC90C516，晶振：12Mhz。自己动手焊接的最小系统板。LCD1602A液晶显示模块：#defineDelay4us(){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}/*宏定义*/#defineuchar unsignedchar //无符号8位#defineuint unsignedint //无符号16位#defineulong unsignedlong //无符号32位/*全局变量定义*/sbitK1=P1^0; //按下K1后，开始测距sbitLEDRed=P1^1; //测距指示灯，亮表示正在测距，灭表示测距完成sbitBEEP=P1^5; //报警测量超出范围sbitTrig=P1^7; //HC-SR04触发信号输入sbitEcho=P1^6; //HC-SR04回响信号输出floatxdataDistanceValue=0.0; //测量的距离值floatxdataSPEEDSOUND; //声速floatxdataXTALTIME; //单片机计数周期ucharxdatastringBuf[6]; //数值转字符串缓冲 //LCD1602提示信息ucharcodePrompts[][16]={ {"MeasureDistance"}, //测量距离 {"-OutofRange-"}, //超出测量范围 {"MAXrange400cm"}, //测距最大值400cm {"MINrange2cm"}, //测距最小值2cm {""}, //清屏 {"PressK1Start"} //按键开始测量};ucharxdataDistanceText[]="Range:";//测量结果字符串ucharxdataTemperatureText[]="Temperature:";//测量温度值/*外部函数声明*/externvoidLCD_Initialize();externvoidLCD_Display_String(uchar*,uchar);externvoidReadTemperatureFromDS18B20();externintxdataCurTempInteger;//毫秒延时函数voidDelayMS(uintms);//20微秒延时函数voidDelay20us();//HCSR04初始化voidHCSR04_Initialize();//测量距离floatMeasuringDistance();//测距的数值排序求平均floatDistanceStatistics();//输出距离值到LCD1602上voidDisplayDistanceValue(floatdat);//将无符号的整数转成字符串，返回字符串长度，不包括'\0'结束符ucharUnsigedIntToString(uintvalue);//蜂鸣器voidBeep(uchartime);//显示温度值voidDisplayTemperatureValue();//测量距离floatMeasuringDistance(){ //最大定时时间约65ms TH0=0; TL0=0; //生成20us的脉冲宽度的触发信号 Trig=1; Delay20us(); Trig=0; //等待回响信号变高电平 while(!Echo); TR0=1; //启动定时器0 //等待回响信号变低电平 while(Echo); TR0=0; //关闭定时器0 //返回距离值(mm) return(SPEEDSOUND*XTALTIME*((float)TH0*256+(float)TL0))/2000;}//HCSR04初始化voidHCSR04_Initialize(){ //计算单片机计数周期晶振=11.953M 单位us XTALTIME=12/11.953; //温度25度时声速的值 SPEEDSOUND=334.1+25*0.61; Trig=0; Echo=0; TMOD=0x01;}//输出距离值到LCD1602上voidDisplayDistanceValue(floatdat){ uchari=0,j=0,len; uintvalue; value=(uint)dat; //范围检查大于4000mm和小于20mm都为超出测量范围 if(value>4000) { LCD_Display_String(Prompts[1],0x00); LCD_Display_String(Prompts[2],0x40); Beep(2); } elseif(value<20) { LCD_Display_String(Prompts[1],0x00); LCD_Display_String(Prompts[3],0x40); Beep(2); } else { //将数值转换成字符串 len=UnsigedIntToString(value); //保留1位小数 while(stringBuf[i]!='\0') { if(len-j==1) { DistanceText[6+j]='.'; j++; }else { DistanceText[6+j]=stringBuf[i]; i++; j++; } } DistanceText[6+j]='c'; j++; DistanceText[6+j]='m'; i=7+j; //剩余位置补空格 while(i<16) { DistanceText[i]=''; i++; } //LCD_Display_String(Prompts[0],0x00); LCD_Display_String(DistanceText,0x40); }}//显示温度值voidDisplayTemperatureValue(){ TemperatureText[13]=CurTempInteger/10+'0'; TemperatureText[14]=CurTempInteger%10+'0'; TemperatureText[15]='C'; LCD_Display_String(TemperatureText,0x00); }//将无符号的整数转成字符串，返回字符串长度ucharUnsigedIntToString(uintvalue){ uchari=0,t,length; //从个位开始转换 do { stringBuf[i]='0'+value%10; value=value/10; i++; }while(value!=0); length=i; //将字符串颠倒顺序 for(i=0;i<(length/2);i++) { t=stringBuf[i]; stringBuf[i]=stringBuf[length-i-1]; stringBuf[length-i-1]=t; } stringBuf[length]='\0'; returnlength;}//蜂鸣器voidBeep(uchartime){ uchari; for(i=0;i<100;i++) { BEEP=!BEEP; DelayMS(time); } BEEP=0; DelayMS(100);}//延时函数毫秒@12.000MHzvoidDelayMS(uintms){ uchari,j; while(ms--) { _nop_(); i=2; j=239; do { while(--j); }while(--i); }}//延时函数20微秒@12.000MHzvoidDelay20us(){ uchari; _nop_(); i=7; while(--i);}//定时器0中断voidTimer0()interrupt1{} //DS18B20代码：/*----------------------------------------------*程序功能：DS18B20温度检测程序*单片机型号：STC89C5212MHz*晶振：12Mhz------------------------------------------------*//*包含头文件*/#include<reg51.h>#include<intrins.h>/*宏定义*/#defineuchar unsignedchar //无符号8位#defineuint unsignedint //无符号16位//定义DS18B20端口DS18B20_DQsbitDS18B20_DQ=P3^7;//当前采集的温度值整数部分intxdataCurTempInteger;//当前采集的温度值小数部分intxdataCurTempDecimal;/*----------------------------------------------------------------*功能：延时函数STC89C52@12MHz12T模式*参数：无*返回：无----------------------------------------------------------------*/voidDelayus(uintcount) { while(--count);}/*----------------------------------------------------------------*功能：DS18B20复位及状态检测*参数：无*返回：0或1，1表示未准备好，0表示准备好----------------------------------------------------------------*/ucharReset_DS18B20(){ ucharstatus; DS18B20_DQ=1; Delayus(1); //开始复位过程 DS18B20_DQ=0; //数据线拉低 Delayus(100); //延时480us-960us DS18B20_DQ=1; //数据线拉高 Delayus(10); //延时15us-60us status=DS18B20_DQ; //读取数据线上的状态 Delayus(120); returnstatus;}/*----------------------------------------------------------------*功能：写一字节到DS18B20中*参数：dat=数据*返回：无----------------------------------------------------------------*/voidWriteByteToDS18B20(uchardat){ uchari; for(i=0;i<8;i++) { DS18B20_DQ=0; DS18B20_DQ=dat&0x01; //发送1位数据 Delayus(15); //延时60us以上 DS18B20_DQ=1; //释放总线，等待总线恢复 dat>>=1; //准备下一位数据 }}/*----------------------------------------------------------------*功能：从DS18B20中读一字节*参数：无*返回：读取的数据----------------------------------------------------------------*/ucharReadByteFromDS18B20(){ uchari,dat=0; for(i=0;i<8;i++) { DS18B20_DQ=0; //拉低总线，产生读信号 dat>>=1; DS18B20_DQ=1; //释放总线，准备读1位数据 Delayus(2); //延时4us if(DS18B20_DQ)dat|=0x80; //合并每位数据 Delayus(15); //延时60us DS18B20_DQ=1; //拉高总线，准备读下1位数据 } returndat;}/*----------------------------------------------------------------*功能：读取温度值并转换成有符号的数值形式*参数：无*返回：无----------------------------------------------------------------*/voidReadTemperatureFromDS18B20(){ ucharflag=0;//正负符号标志 //存储当前采集的温度值 ucharTempValue[]={0,0}; if(Reset_DS18B20()) { CurTempInteger=255; CurTempDecimal=0; } else { WriteByteToDS18B20(0xCC);//跳过ROM命令 WriteByteToDS18B20(0x44);//温度转换命令 Reset_DS18B20();//复位 WriteByteToDS18B20(0xCC);//跳过ROM命令 WriteByteToDS18B20(0xBE);//读取温度暂存器命令 TempValue[0]=ReadByteFromDS18B20();//先读低字节温度值 TempValue[1]=ReadByteFromDS18B20();//后读高字节温度值 Reset_DS18B20();//复位 //计算温度值 //先进行正温度与负温度判断，高5位全为1（0xF8）则为负数 if((TempValue[1]&0xF8)==0xF8) { //负温度计算：取反加1，低字节为0时，高字节取反加1，否则不需要。 TempValue[1]=~TempValue[1]; TempValue[0]=~TempValue[0]+1; if(TempValue[0]==0x00)TempValue[1]++; flag=1;//负数标志 } //将温度值分为整数和小数两部分存储(默认为12位精度) CurTempInteger=((TempValue[1]&0x07)<<4)|((TempValue[0]&0xF0)>>4); if(flag)CurTempInteger=-CurTempInteger; CurTempDecimal=(TempValue[0]&0x0F)*625; }}// LCD1602程序代码：/*----------------------------------------------*程序功能：1602液晶显示程序*单片机型号：STC90C16012MHz------------------------------------------------*//*1602液晶显示器控制端口分配，数据使用P0端口*/sbitLCD_RS=P2^6;sbitLCD_RW=P2^5;sbitLCD_EN=P2^7;/*--------------------------------------------*功能：毫秒级延时函数*参数：ms=毫秒数值*返回：无--------------------------------------------*/voidLCDDelay(uintms){ uchari,j; while(ms--) { _nop_(); i=2; j=239; do { while(--j); }while(--i); } }/*--------------------------------------------*功能：1602液晶忙状态检测*参数：无*返回：0或1，1表示状态忙，0表示状态闲--------------------------------------------*/bitLCD_Busy_Check(){ bitresult; LCD_RS=0; LCD_RW=1; LCD_EN=1; Delay4us(); result=(bit)(P0&0x80); LCD_EN=0; returnresult;}/*--------------------------------------------*功能：1602液晶写指令*参数：cmd=1602LCD指令*返回：无--------------------------------------------*/voidWrite_LCD_Command(ucharcmd){ while(LCD_Busy_Check()); LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_EN=0; _nop_(); _nop_(); P0=cmd; Delay4us(); LCD_EN=1; Delay4us(); LCD_EN=0;}/*--------------------------------------------*功能：1602液晶写数据*参数：dat=一个字节数据*返回：无--------------------------------------------*/voidWrite_LCD_Data(uchardat){ while(LCD_Busy_Check()); LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_EN=0; P0=dat;Delay4us(); LCD_EN=1;Delay4us();LCD_EN=0;}/*--------------------------------------------*功能：设置1602液晶显示位置*参数：pos=位置地址值*返回：无--------------------------------------------*/voidLCD_Set_POS(ucharpos){ Write_LCD_Command(pos|0x80);}/*--------------------------------------------*功能：1602液晶初始化*参数：无*返回：无--------------------------------------------*/voidLCD_Initialize(){ Write_LCD_Command(0x01); LCDDelay(5); Write_LCD_Command(0x38); LCDDelay(5); Write_LCD_Command(0x0C); LCDDelay(5); Write_LCD_Command(0x06); LCDDelay(5);}/*--------------------------------------------*功能：在1602液晶指定的行上显示字符串(共两行，一行16个字符)*参数：*str=字符串指针，LineNo=行首地址(第一行0x00，第二行0x40)*返回：无--------------------------------------------*/voidLCD_Display_String(uchar*str,ucharLineNo){ uchark; LCD_Set_POS(LineNo); for(k=0;k<16;k++) { Write_LCD_Data(str[k]); } }/*--------------------------------------------*功能：在1602液晶指定位置显示一个字符(共两行，一行16个字符)*参数：Dat=一个字符，X=列位置(0-15) Y=行位置(0，1)*返回：无--------------------------------------------*/voidLCD_Display_OneChar(ucharDat,ucharX,ucharY){ Y&=0x01; //限制Y不能大于1(2行，0-1) X&=0x0F; //限制X不能大于15(16个字符，0-15) if(Y){X|=0x40;}//当要在第二行显示时地址码+0x40; X|=0x80;//算出指令码 Write