超声波测距用LCD12864显示

【摘要】本设计采用AT89S52单片机本加超声波测距模块+LCD12864液晶模块设计而成，采用模块化的设计方案，利用超声波进行实时测距并用LCD12864实时显示。

【关键词】超声波测距；LCD12864；发射器；接收器；单片机

1.引言

随着科学技术的发展，超声波测距也越来越起到很大的作用。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如车辆上安装了超声波，给停车、避障提高了准确性，减少了交通事故的发生；如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制并且在测量精度方面也能达到工业实用的要求

2.模块介绍

2.1 超声波测距模块介绍

超声波测距模块可以直接购买如图1所示的模块，其模块有4个引脚输出，Vcc供5V电源，TRIG为触发控制输入端，ECHO为回响信号输出端，GND为地线。

该超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，模块内部包含了超声波发射器，接收器与控制电路。使用时，只要根据时序图，用程序来实现数据采集及显示。

2.2 LCD12864显示模块介绍

液晶显示模块是128*64点阵的汉字图形型液晶显示模块，课显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库（16*16点阵）、128个字符（8*16点阵）及64*256点阵显示（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供并行与串行两种连接方式，但我们一般采用并行传输方式，和单片机的连接图如图3所示，具体使用可参考LCD12864的使用说明书，按照指令的要求去编写程序来实现实时显示。特别强调的是：

（1）当模块在接受指令前，先检查内部是否处于非忙碌状态，即读取BF标志，标志为0时，方可接受新的指令，可以专门用一个判断是否忙的函数来检测。程序模块如下：

（2）欲在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。

（3）显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。

（4）当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。

汉字的显示坐标如表1所示，定义显示值时，在程序编写时要设置好。

具体实施时，只要给出两个参数，即可在相应位置显示，程序代码如下：其中y表示第几行，x表示起始行位置。

有了以上这些基本的简介后，我们就可以很容易根据LCD12864的说明书，分别写出写指令写函数等，然后把超声波测出的距离值实时代入给液晶显示函数，从而实时显示出超声波测出的前方障碍物的距离值。

3.超声波测距并显示的硬件设计

3.1 系统框架图（如图2所示）

3.2 单片机与超声波模块连接并显示的原理图

其原理图很简单，就是单片机的最小系统模块加常用的LCD12864显示模块，还有就是超声波测距模块的4个引脚，具体原理图如图3所示。

3.3 超声波测距的工作时序图

有了系统框图及原理图和超声波的工作时序图（如图4），我们就很容易利用单片机来实时测距并实时显示。以上时序图表明单片机在控制时只需要提供一个10uS以上的脉冲触发信号，该模块内部讲发出8个40Kz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回波信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号的时间间隔可以计算得到距离。对于12864的显示原理及显示时序在此不再详述。

4.超声波测距原理及软件设计

超声波测距的基本原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。首先给TRIG端触发测距，给至少10uS的高电平信号，以此来触发内部的发射器产生40KHz的超声波，同时单片机不断检测是否有回波，当一检测到回波信号是高电平，马上启动定时，开始计时，同时开中断，通过ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。所以测量距离为：

测量距离=（时间*声速（340M/S））/2具体流程图如图5。

建议测量周期在60ms以上。计算是取出的值如何转换，首先把定时器的值取出合并，然后根据晶振值换算出距离公式，具体程序模块如下：

注意事项：

（1）在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。

（2）此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的接地端接地。

（3）测距时，被测物体的面积不少于0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量结果。

（4）由于超声波有测量盲区的固有特性，因此，如果近距离测量时，当测量位置发生变化而接收到的数据不变时，说明进入了测量盲区。

（5）模块在测量远处物体时，如果没有测量数据返回，可能是超出测量范围，或是测量角度不对。可以适当调整测量角度。

5.结语

本设计软件采用模块化设计，硬件设计简单实用利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，所以超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现，在移动机器人小车上经常加个舵机，利用超声波测距就可以很容易实现超声波避障小车。超声波测距将会应用在越来越多的领域，也会带来更多的便利。

参考文献

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京电子工业出版社，2009.

[2]孙贤安，等.基于51单片机的小车蔽障电路实现[J].电气技术与自动化，2006.

[3]赵海兰.基于单片机的红外遥控智能小车的设计[J].电子世界，2011.

[4]超声波测距模块使用手册.