蓝桥杯单片机快速开发笔记——超声波测距

一、原理分析

        超声波测距是一种常见的测距方法，其原理是利用超声波在空气中传播的速度恒定且较快的特性，通过发送超声波信号并接收回波，计算出物体与传感器之间的距离。以下是超声波测距的原理和应用：

原理：

1. 发送超声波信号：超声波传感器发送一个短脉冲的超声波信号。
2. 接收回波：超声波信号遇到物体后会被反射回来，传感器接收到回波信号。
3. 计算时间差：通过测量发送超声波和接收回波之间的时间差，可以计算出超声波在空气中传播的时间。
4. 计算距离：利用声波在空气中的传播速度（约为340m/s），将时间差转换为距离，即距离 = 速度 x 时间差。

应用：

1. 测距应用：超声波测距广泛应用于机器人导航、智能车辆、无人机等领域，用于测量物体与传感器之间的距离，实现避障、定位等功能。
2. 液位检测：超声波传感器可以用于检测液体的液位高度，常见于水箱、油箱等液位监测系统中。
3. 智能家居：超声波传感器可以用于智能家居系统中，如智能灯光控制、智能门窗感应等。
4. 工业自动化：在工业自动化领域，超声波传感器常用于测量物体的距禋、检测物体的存在等。

  注意事项：

        超声波模块的TX引脚接到单片机的P1.0端口，RX引脚接到单片机的P1.1端口，注意按照上图连接好。

二、思维导图

三、示例框架

#include "intrins.h"
#include "stc15.h"
#include "smg.h"


sbit TX = P1^0;
sbit RX = P1^1;


extern unsigned int dat_f;

void Delay12us()                  //@12.000MHz 延时12us
{
	unsigned char i;
 
	_nop_();
	_nop_();
	i = 33;
	while (--i);
}

void Send_Wave()                 //产生8个40KHx超声波信号
{
	unsigned char i;
	for(i = 0; i < 8; i++)
	{
		TX = 1;           //将 TX 端口置为高电平，表示开始发送超声波信号。
		Delay12us();	    //调用延时函数 Delay12us()，延时12微秒。
		TX = 0;           //将 TX 端口置为低电平，表示停止发送超声波信号。
		Delay12us();
	}
}
 
void Measure_Distance()	        //超声波测距
{
	unsigned int time = 0;    //定义了一个无符号整型变量 time，用于存储测量到的时间。
														//将 TMOD 寄存器的高四位清零，保留低四位不变。这样可以确保只修改定时器1的工作模式，而不影响其他位。
	
	TMOD &= 0x0f;	            //定时器1模式0，13位定时器，最大8192个计数脉冲								
	TL1 = 0x00;										
	TH1 = 0x00;		
	
	Send_Wave();		    //发送超声波信号							
	TR1 = 1;            //启动定时器1						
	while((RX == 1) && (TF1 == 0));    //在循环中等待接收到超声波信号的回波且没有超出测量范围。
									   //TF1 是一个标识符，用于表示定时器1的溢出标志
	TR1 = 0;            //停止定时器				
	
	if(TF1 == 0)	            //正常测量范围							
	{
		time = TH1;			                        //将定时器1的值 TH1 读取到 time 变量中。						
		time = (time << 8) | TL1;		            //将定时器1的值 TL1 读取并与 TH1 合并，得到完整的时间值。
		dat_f = ((time / 10) * 17) / 100 + 3;   //根据计算公式将测量到的时间转换为距离，并存储在 dat_f 变量中。
	}
	else                        //超出测量范围			
	{
		TF1 = 0;
		dat_f = 999;
	}
}

1. unsigned int dat_f;：定义一个无符号整型变量 dat_f，用于存储测量到的距离。

2. void Delay12us()：定义一个延时函数，用于实现12微秒的延时。

3. void Send_Wave()：定义一个函数，用于产生8个40KHz的超声波信号。在循环中，先将 TX 端口置为高电平，然后调用 Delay12us() 函数实现延时，再将 TX 端口置为低电平，再次调用 Delay12us() 函数实现延时。

4. void Measure_Distance()：定义一个超声波测距函数。在函数中：

   • 清零定时器1的模式位，设置为模式0，13位，最大8192个计数脉冲。
   • 将定时器1的低8位寄存器 TL1 和高8位寄存器 TH1 初始化为0。
   • 调用 Send_Wave() 函数发送超声波信号。
   • 启动定时器1。
   • 在 while 循环中，等待接收到超声波信号的回波或者超出测量范围。
   • 停止定时器1。
   • 如果测量在正常范围内，将定时器1的值读取到 time 变量中，然后根据一定的计算公式将测量到的时间转换为距离，并存储在 dat_f 变量中。
   • 如果超出测量范围，将 dat_f 设为999。