基于Arduino的超聲測距系統(tǒng)的設(shè)計

Arduino是目前較為流行的電子互動平臺，基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，具有使用簡單，功能多樣，價格低廉等優(yōu)點，廣泛應用于電子系統(tǒng)設(shè)計和互動產(chǎn)品開發(fā)方面。我們采用Arduino作為主控制器，結(jié)合超聲測距模塊，1602液晶模塊，進行了超聲波測距系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。

一、“電子積木”Arduino

近幾年，歐美大學皆相當流行應用Arduino作為基礎(chǔ)的技術(shù)，在國內(nèi)使用Arduino的人也越來越多。

Arduino為什么會這樣流行？首先因為它是一個基于開放源代碼的硬件項目平臺：

1.硬件平臺是開放的，任何人都可以在Arduino官方網(wǎng)站上下載最新的PCB設(shè)計進行復制，硬件平臺包括基于AVR ATmega128微控制器的主控制電路板，以及大量的各式輸入/輸出電子模塊。輸入/輸出模塊包括開關(guān)輸入模塊、溫度壓力傳感器輸入模塊、超聲測距傳感器輸入模塊、各類顯示輸出模塊、電機控制模塊等，甚至還有以太網(wǎng)接入模塊。這些模塊與主控制電路板的連接，不需焊接，只要像積木一樣拼在一起即可。因此，Arduino也被稱為“電子積木”。

2.在軟件方面，Arduino有一個屬于自己的基于Eclipse的IDE軟件開發(fā)環(huán)境，開發(fā)語言采用類C++語言的高級語言，容易被使用者掌握。有大量的庫文件可以通過互聯(lián)網(wǎng)下載免費獲得，大大簡化了程序開發(fā)工作。

二、超聲波測距原理

由于超聲波具有指向性強，在傳輸中能量消耗低，傳播的距離較遠等優(yōu)點而被經(jīng)常用于工業(yè)控制、建筑測量、汽車倒車系統(tǒng)等領(lǐng)域。

超聲波測距儀是利用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。根據(jù)計時器記錄的超聲波傳播時間，以及超聲波在相應介質(zhì)中的傳播速度就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S=C*t/2，其中C為超聲波在空氣中的傳播速度，t為聲波往返所用的時間。

超聲波的傳播主要受空氣密度的影響，空氣的密度越高其速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。空氣中的聲波傳播速度可近似地表示為C=331.4+0.607*T，其中T是空氣介質(zhì)的溫度。超聲波的傳播速度式中：

C=331.4m/S為零度時的聲波速度；T為實際溫度（℃）。在測距精度不是很高的情況下，一般認為c為常數(shù)340m/s.

三、超聲波測距儀的硬件設(shè)計

超聲波測距儀的硬件設(shè)計主要有ArduinoUNO主控制板、超聲測距模塊LCD1602液晶顯示模塊。

1.超聲波板主要技術(shù)參數(shù)的介紹：

（1）工作電壓：DC5V；

（2）靜態(tài)電流：小于2mA；

（3）電平輸出：高5V；

（4）電平輸出：底0V；

（5）感應角度：不大于15度；

（6）感應距離：4cm-5米；

（7）高精度：0.3cm.

板上接線如圖1所示（左數(shù)起）：


圖1 超聲測距模塊

（1）VCC；

（2）trig（控制端）；

（3）echo（接收端）；

（4）out（空腳）；

5）GND.

2.Arduino與超聲測距的連接方式：

Arduino的數(shù)字6腳與超聲測距模塊的第2腳連接，Arduino的數(shù)字7腳與超聲測距模塊的第3腳連接。

3.1602液晶與Arduino板連接圖如圖2所示：


圖2 Arduino板與1602液晶連接圖

4.實物連接圖如圖3所示：


圖3 超聲測距系統(tǒng)實物圖