CN205539463U - 基于标准化sci串口的超声波测距系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于标准化SCI串口的超声波测距系统，包括超声波传感器、微处理器、显示电路部、RS232线路驱动收发器、RS232串口、USB转RS232适配器和上位机。微处理器控制超声波传感器发送超声波信号，超声波传感器检测到返回的超声波信号时反馈至微处理器，经过微处理器处理后得到系统与障碍物的距离，进而反馈至显示电路部和RS232线路驱动收发器，使得显示电路部显示该距离，RS232线路驱动收发器将该距离由TTL电平转换成RS232电平，进而输出至RS232串口，RS232串口通过USB转RS232适配器将距离传送至上位机，上位机用以监测距离以及通过RS232串口控制微处理器工作。

Description

基于标准化SCI串口的超声波测距系统

技术领域

本实用新型涉及超声波测距系统，尤其涉及一种基于标准化SCI串口的超声波测距系统。

背景技术

超声波传感器测距计算简单、成本低、能实时控制且不受周围恶劣环境影响，在测量精度上完全能达到工业实用的要求。但是目前市场上超声波传感器种类繁多，其输出接口信号不一致，没有统一标准，导致传感器之间及传感器与上层之间无法实现互操作。就最终的使用用户而言，得花费大量的时间精力在传感器接口的标准化通信上，很大程度得延长了研究周期，增加了研究成本。

目前，大多数超声波测距控制是用单片机作为微处理器进行测距。常用单片机51系列主频仅有12MHz，单片机采集数据速率不足以满足一些上层对速度要求较高的先进控制系统，严重得影响了上层算法控制的实施。

实用新型内容

本实用新型提供了基于标准化SCI串口的超声波测距系统，满足了上位机对速度要求较高的需求，减少了在传感器接口的标准化通信上的研究成本。

具体的解决技术问题的方案如下：

基于标准化SCI串口的超声波测距系统，包括超声波传感器、微处理器、显示电路部、RS232线路驱动收发器、RS232串口、USB转RS232适配器和上位机；

所述微处理器向所述超声波传感器发出控制信号，所述超声波传感器接收到所述控制信号后向外部发出超声波信号，所述超声波传感器检测到返回的超声波信号后向反馈至所述微处理器，经过所述微处理器处理后得到所述系统与障碍物的距离，进而反馈至所述显示电路部和所述RS232线路驱动收发器，使得所述显示电路部显示所述距离，所述RS232线路驱动收发器将所述距离由TTL电平转换成RS232电平，进而输出至所述RS232串口，所述RS232串口通过所述USB转RS232适配器将所述距离传送至所述上位机，所述上位机用以监测所述距离以及通过所述RS232串口控制所述微处理器工作。

所述超声波传感器的触发测量引脚与所述微处理器的通用输出口连接，所述超声波传感器的反馈引脚与所述微处理器的通用输入口连接；

所述微处理器的通用输出口向所述超声波传感器的触发测量引脚发送控制信号，所述超声波传感器的触发测量引脚接收到所述控制信号后向外部发出超声波信号，所述超声波传感器接收到返回的所述超声波信号后通过所述超声波的反馈引脚反馈至所述微处理器的通用输入口。

较佳的，所述超声波传感器的型号为HC-SR04。

所述显示电路部包括复杂可编程逻辑器件和数码管显示器，所述微处理器通过所述复杂可编程逻辑器件向所述数码管显示器发送位驱动信号和段驱动信号，所述数码管显示器接收到所述位驱动信号和所述段驱动信号后进行相应的数字显示。

所述微处理器的SCI传送输出引脚、SCI接收输入引脚分别与所述RS232线路驱动收发器的TTL发送器输入引脚、TTL接收器输出引脚连接，所述RS232线路驱动收发器的RS-232发送器输出引脚、RS-232接收器输入引脚分别与所述RS232串口的发送数据引脚、接收数据引脚连接，所述RS232串口通过所述USB转RS232适配器与具有USB接口的上位机连接。

较佳的，所述RS232线路驱动收发器的型号为MAX3232。

较佳的，所述微处理器为TMS320F2812DSP芯片。

本实用新型的有益技术效果如下：

对超声波传感器输出的信号进行标准化设计，大大缩短了研究周期和节约了研究成本；

标准化的模块设计，即插即用，使用方便，适用范围较广；

满足上位机对速度要求较高的需求；

该系统可靠、功耗低、实时性好，抗干扰能力强。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的流程图。

图2是本实用新型一实施例的电路图。

具体实施方式

以下将结合附图并通过具体的实施例对本实用新型作进一步的解释说明。

请综合参考图1和图2，本实用新型提供了基于标准化SCI串口的超声波测距系统，其特征在于：包括HC-SR04超声波传感器、TMS320F2812微处理器、显示电路部、MAX3232芯片、RS232串口、USB转RS232适配器和上位机；

TMS320F2812微处理器向HC-SR04超声波传感器发出控制信号，HC-SR04超声波传感器接收到控制信号后向外部发出超声波信号，HC-SR04超声波传感器检测到返回的超声波信号后向反馈至TMS320F2812微处理器，经过TMS320F2812微处理器处理后得到系统与障碍物的距离，进而反馈至显示电路部和MAX3232芯片使得显示电路部显示该距离，MAX3232芯片将所述距离由TTL电平转换成RS232电平，进而输出至所述RS232串口，RS232串口通过USB转RS232适配器将距离传送至上位机，上位机用以监测距离以及通过RS232串口控制TMS320F2812微处理器工作。

HC-SR04超声波传感器的触发测量引脚Trig与TMS320F2812微处理器的通用输出口GPIOA11连接，HC-SR04超声波传感器的反馈引脚Echo与TMS320F2812微处理器的通用输入口GPIOF0连接；

TMS320F2812微处理器的通用输出口GPIOA11向HC-SR04超声波传感器的触发测量引脚Trig发送控制信号，HC-SR04超声波传感器的触发测量引脚Trig接收到控制信号后向外部发出超声波信号，HC-SR04超声波传感器接收到返回的超声波信号后通过超声波的反馈引脚Echo反馈至微处理器的通用输入口GPIOF0。

显示电路部包括3128A CPLD复杂可编程逻辑器件和数码管显示器，微处理器通过3128A CPLD复杂可编程逻辑器件向数码管显示器发送位驱动信号CS1-CS4和段驱动信号a-h，数码管显示器接收到位驱动信号CS1-CS4和段驱动信号a-h后进行相应的数字显示。

TMS320F2812微处理器的SCI传送输出引脚SCITXDA、SCI接收输入引脚SCIRXDA分别与MAX3232芯片的TTL发送器输入引脚T1IN、TTL接收器输出引脚R1OUT连接，MAX3232芯片的RS-232发送器输出引脚T1OUT、RS-232接收器输入引脚R1IN分别与RS232串口的发送数据引脚TX、接收数据引脚RX连接，RS232串口通过USB转RS232适配器与具有USB接口的上位机连接。

TMS320F2812微处理器的通用输出口GPIOA11向HC-SR04超声波传感器的触发测量引脚Trig发送控制信号，HC-SR04超声波传感器的触发测量引脚Trig接收到控制信号后向外部发出超声波信号，HC-SR04超声波传感器接收到返回的超声波信号后通过超声波的反馈引脚Echo反馈至微处理器的通用输入口GPIOF0。

SCI(Serial Communication Interface串口通信接口)是一对一的全双工异步通信，是具有接收与发送的异步串口。其中RS232是SCI串行通信的一种物理接口电气标准，RS232收发通过三根通信线进行，效率高，适合短距离(小于20米以内)两个设备间通信。

HC-SR04超声波传感器可提供2cm-4m的非接触式距离感测功能，测距精度高达3mm。

超声波测距过程如下：

TMS320F2812微处理器的通用输出口GPIOA11施加至少为10us的高电平到HC-SR04超声波传感器的触发测量引脚Trig，HC-SR04超声波传感器向外部发送8个40khz的方波信号，HC-SR04超声波传感器检测到返回的方波信号则HC-SR04超声波传感器的反馈引脚Echo向TMS320F2812微处理器的通用输入口GPIOF0输入一个高电平，其高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。其测量距离件公式(1)和公式(2)，

$L=\frac{vt}{2}---\left(1\right)$

v＝331.4+0.607T (2)

式中，L为超声波传感器到障碍物间的距离(单位：m)，t为超声波发射到接收的时间差(单位：s)，v为超声波在空气中的传播速度(单位：m/s)，T为测量时的实际温度；公式(2)是超声波在空气中传播的速度对实际环境温度的矫正值。

标准软件设计如下：

TI公司TMS320F2812型号的DSP，SCI通信方式实现有查询方式与中断方式。本系统采用不一直占用CPU的效率高的中断方式。具体软件程序如下：

(1)系统控制模块初始化

(2)SCI模块初始化

(3)通用GPIO初始化

此外在本超声波传感器模块中使用的GPIO口GPIOA11和GPIOF0进行初始化，将GPIOA11设置为输出普通IO口，将GPIOF0设置为输入普通IO口。设置程序如下：

(4)超声波测距主程序

根据超声波测距原理，本超声波传感器控制模块采用TMS320F2812DSP芯片内定时器T0中断进行处理。在定时T0中断服务程序中，主要将超声波至少10us触发脉冲发送至Trig脚，同时检测反馈脚Echo脚为高电平的时刻，并开始计算Echo脚高电平持续的时间，通过公式1及公式2，计算超声波到障碍物的距离，将距离值通过4位7段数码管显示。

为防止发射信号对回响信号的影响，测量周期至少为60ms以上，本系统设置为1s采集一次，本模块还可以根据用户要求，只要改变程序数据即可随意设置采样周期。

超声波测距模块SCI串口标准化主程序如下：

本实用新型具有以下有益的技术效果：

对超声波传感器输出的信号进行标准化设计，大大缩短了研究周期和节约了研究成本；

标准化的模块设计，即插即用，使用方便，适用范围较广；

满足上位机对速度要求较高的需求；

该系统可靠、功耗低、实时性好，抗干扰能力强。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，对本实用新型所做的变形或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.基于标准化SCI串口的超声波测距系统，其特征在于：包括超声波传感器、微处理器、显示电路部、RS232线路驱动收发器、RS232串口、USB转RS232适配器和上位机；

所述微处理器向所述超声波传感器发出控制信号，所述超声波传感器接收到所述控制信号后向外部发出超声波信号，所述超声波传感器检测到返回的超声波信号后向反馈至所述微处理器，经过所述微处理器处理后得到所述系统与障碍物的距离，进而反馈至所述显示电路部和所述RS232线路驱动收发器，使得所述显示电路部显示所述距离，所述RS232线路驱动收发器将所述距离由TTL电平转换成RS232电平，进而输出至所述RS232串口，所述RS232串口通过所述USB转RS232适配器将所述距离传送至所述上位机，所述上位机用以监测所述距离以及通过所述RS232串口控制所述微处理器工作。

2.根据权利要求1所述的基于标准化SCI串口的超声波测距系统，其特征在于：所述超声波传感器的触发测量引脚与所述微处理器的通用输出口连接，所述超声波传感器的反馈引脚与所述微处理器的通用输入口连接；

所述微处理器的通用输出口向所述超声波传感器的触发测量引脚发送控制信号，所述超声波传感器的触发测量引脚接收到所述控制信号后向外部发出超声波信号，所述超声波传感器接收到返回的所述超声波信号后通过所述超声波的反馈引脚反馈至所述微处理器的通用输入口。

3.根据权利要求2所述的基于标准化SCI串口的超声波测距系统，其特征在于：所述超声波传感器的型号为HC-SR04。

4.根据权利要求1所述的基于标准化SCI串口的超声波测距系统，其特征在于：所述显示电路部包括复杂可编程逻辑器件和数码管显示器，所述微处理器通过所述复杂可编程逻辑器件向所述数码管显示器发送位驱动信号和段驱动信号，所述数码管显示器接收到所述位驱动信号和所述段驱动信号后进行相应的数字显示。

5.根据权利要求1所述的基于标准化SCI串口的超声波测距系统，其特征在于：所述微处理器的SCI传送输出引脚、SCI接收输入引脚分别与所述RS232线路驱动收发器的TTL发送器输入引脚、TTL接收器输出引脚连接，所述RS232线路驱动收发器的RS-232发送器输出引脚、RS-232接收器输入引脚分别与所述RS232串口的发送数据引脚、接收数据引脚连接，所述RS232串口通过所述USB转RS232适配器与具有USB接口的上位机连接。

6.根据权利要求5所述的基于标准化SCI串口的超声波测距系统，其特征在于：所述RS232线路驱动收发器的型号为MAX3232。

7.根据权利要求1所述的基于标准化SCI串口的超声波测距系统，其特征在于：所述微处理器为TMS320F2812DSP芯片。