基于US_100超声波测距仪设计

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电子技术
图 1　系统总体设计框图
图2　US-100与开发板引脚连接关系图
1　引言
超声波指向性强，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，如测距仪和物 位测量仪等都可以通过超声波来实现。

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能达到工业实用的要求。

2　系统总体设计
基于US-100超声波测距仪设计
喻文倩
（西南科技大学,四川 绵阳 621010）
摘　要：由STM32作为控制器，选用US-100超声波模块作为传感器，利用声速测量距离。

利用TFTLCD 显示屏和上位机作为结果显示窗口，当测量距离小于150mm 时，蜂鸣器报警。

关键词：ARM；US-100超声波测距模块；声速测距
测距的过程可以分为三个部分，分别为：控制器资源配置、 US-100 的时序模拟测量过程及数据处理、显示及判断测量距离是否小于150mm。

4.1.1　控制器的资源配置
#ifndef __TIMER_H #de fi ne __TIMER_H #include "sys.h"
void GPIOA1_Init(void); void GPIOA3_Init(void);
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc); void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc);
void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc); void TIM4_Cap_Init(u16 arr,u16 psc);#endif
定时器5通道1输入捕获配置： void GPIOA1_Init(void) 初始化定时器5 TIM5：
void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc) 中断分组初始化：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; //TIM3中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占优先级2级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //从优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct 中指定的参数初始化外设
TIM_ITCon fi g(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//,允许CC1IE 捕获中断TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );
//使能定时器5 定时器5中断服务程序：void TIM5_IRQHandler(void)
（下转第194页）
系统总体设计框图如图1，可以看到，超声波测距主要是由STM32控制器，TFTLCD 显示屏，上位机作为显示，US-100超声波测距模块作为传感器。

当控制器给传感器开始工作的信号时，传感器开始工作，并返回测试的数据，通过TFTLCD 显示屏和上位机显示测量结果。

当测量距离小于150mm 时，蜂鸣器报警。

3　硬件设计
3.1　STM32F103控制器
STM32F1系列属于中低端的32位ARM 微控制器，其内核是Cortex-M3。

工作频率可高达72Mhz，内置高速64KB SRAM 存储器；外设包512KB FLASH、2 个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位 ADC、1个12位 DAC、1个SDIO 接口、1个FSMC 接口以及112个通用IO 口。

3.2　US-100 超声波测距模块接口
US-100 超声波测距模块可实现 2cm~4.5m 的非接触测距功能，拥有 2.4~5.5V 的宽电压输入范围，静态功耗低于 2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有 GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。

将实物与开发板连接如图2所示：（US-100正面从左向右一次为1-5口）
4　软件设计
4.1　总体软件设计
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电力技术
（3）本文是在模拟仿真的情况下得出的结果，在实际运行和操作中，还必须要考虑一定的经济成本和政策要求，因此，我们的防雷保护还需要在未来做进一步的改善。

参考文献：
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[12] 肖军，董芳华，盛佳，欧阳友．中压系统电磁式电压互感器选择研究[J] ．人民长江，2012，43(21)：82-84．
作者简介：杨大川(1994-),男,山东济宁人,青海大学，本科，电
气工程及其自动化。

图3　US-100测距时序图
（上接第147页）
在主程序中调用定时器：TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);//以1Mhz 的频率计数
4.1.2　US-100 的时序模拟测量过程
由TRIG_Send 发送高电平，延时20us：GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1); delay_us(20);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);
根据时间，距离计算公式为 distance=times*10e-4*340/2*10e3=times*34/2,
{ temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F; temp*=65536;//溢出时间总和
temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕
获
distance=temp*0.17; }
4.1.3　显示测量结果，并判断数据是否小于150mm
LCD_ShowNum(140,50,distance,4,16); delay_ms(2000); i++;
if(distance<=150)
{ BEEP=1;
}//如果距离小于150蜂鸣
器报警 if(distance>150)
{ BEEP=0；}//如果距离大于150蜂鸣器关
闭 if(i%20==0)
{ printf("Distance:%d cm\r\n",distance); }
5　总结
本文重点叙述了如何使用US100制作超声波测距仪。

利用STM32设计软件，通过硬件US100实现。

从设计过程可以看出该仪器原理简单、制作方便、成本低。

但是当要测量距离较远的目标时，由于外界环境的干扰，一方面声波发散而使能量降低，另一方面使分辨力下降，从而使得准确度下降，造成测量数据不准确。

所以该
设计一般用于近距离的测量。

参考文献：
[1]刘林茂.一种特殊构件粘接缺陷的超声波检测[J].无损检测,2010(01). [2]邓大勇.钢板超声波检测基准灵敏度确定的诠释[J].青海电力,2008(02).[3]刘金平,胡斌定.大型钢桥箱型梁超声波检测[J].无损探伤,2009(06).作者简介：喻文倩（1994—），女，四川成都人，本科，研究方向：电气工程及其
自动化。