基于STM32的超聲波測(cè)距

3-基于STM32和US-100的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)摘要：結(jié)合嵌入式處理器STM32F103與超聲波傳感器設(shè)計(jì)的一種簡(jiǎn)易的智能超聲波測(cè)距儀裝置，采用ARM內(nèi)核芯片STM32F103ZET6的32位嵌入式微處理器與帶有溫度補(bǔ)償?shù)腢S-100超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)聲波測(cè)距。STM32的串口資源相當(dāng)豐富，能提供5路串口，通過微處理器的串口實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示和TFTLCD顯示距離等參數(shù)。US-100帶有溫度傳感器，對(duì)超聲波的聲速進(jìn)行補(bǔ)償，提高測(cè)量精度。 關(guān)鍵詞：STM32F103；US-100；超聲波測(cè)距；TFTLCD顯示DesignofUltrasonicDistanceMeasurementBasedonSTM32AndUS-100Abstract：CombinedwiththeembeddedmicroprocessorSTM32F103andultrasonicsensordesignasimpleintelligentultrasonicrangefinderdevices,usingARMkernelchipSTM32F103ZET632-bitembeddedmicrocontrollerprocessorwithtemperaturecompensationofUS-100ultrasonicrangingmoduleimplementssoundranging.STM32serialportresourcesrichinserialportcanprovide5road,throughtheserialportofthemicroprocessortoachievereal-timedisplayandTFTLCDparameterssuchasdistance.US-100withatemperaturesensor,tocompensatethevelocityofultrasonicwave,improvetheaccuracyofmeasurement.Keywords：STM32F103；US-100；UltrasonicDistanceMeasurement;TFTLCD-Showing引言超聲波測(cè)距是一種典型的非接測(cè)量方式。超聲波在氣體、液體及固體中以不同速度傳播，定向性好、能量集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力較強(qiáng)[1]。且超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路容易實(shí)現(xiàn)、成本低、速度快，所以在工業(yè)自動(dòng)控制、建筑工程測(cè)量和機(jī)器人視覺識(shí)別等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，它具有非接觸式測(cè)量、精度高、范圍寬和安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)[2]。本設(shè)計(jì)結(jié)合嵌入式處理器與超聲波測(cè)距模塊提供一種超聲波測(cè)距裝置，系統(tǒng)采用嵌入式處理器控制US-100超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送和接受。US-100帶有溫度補(bǔ)償，對(duì)測(cè)量的距離進(jìn)行校正，提高了測(cè)量的精度。結(jié)合STM32豐富的串口資源，本裝置通過串口2與US-100相互通信，進(jìn)行超聲波的收發(fā)和溫度補(bǔ)償，得到測(cè)量距離，通過TFTLCD顯示；并通過串口1在PC機(jī)上實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖Fig.1Diagramoftheoverallsystemdesign系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖1，可以看到該超聲波測(cè)距裝置由STM32微處理器、US-100超聲波測(cè)距模塊、TFTLCD液晶顯示組成。控制器通過控制US-100超聲波模塊實(shí)現(xiàn)超聲波的收發(fā)，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償提高精度，得到精確的距離數(shù)據(jù)。再通過控制器自身串口通信向PC機(jī)串口實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和TFTLCD液晶顯示的人機(jī)交互界面。STM32的高性能、低功耗和高主頻等優(yōu)點(diǎn)給該裝置測(cè)距實(shí)現(xiàn)更加完備。硬件設(shè)計(jì)主控制模塊STM32F103微控制器基于ARMConex-M3內(nèi)核的STM32F103ZET6時(shí)鐘頻率可高達(dá)72Mhz，提供20KB的RAM、多大128KB的嵌入式閃存和豐富的外設(shè)接口，處理速度比同級(jí)別的基于ARM7TDMI的產(chǎn)品快30%，產(chǎn)品功耗比同級(jí)別低75%[3]。使用新內(nèi)核ARMConex-M3是針對(duì)MCU的低成本、縮減的管腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時(shí)提供卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)的需要而推出的。ARMConex-M3采用純Thumb2指令高效32位哈弗微體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)外設(shè)，使這個(gè)具有32高性能的ARM內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)8位和16位的代碼儲(chǔ)存密度，幾乎把所有應(yīng)用軟件所需內(nèi)存容量降低了一半。由于ARMConex-M3的架構(gòu)和豐富的外設(shè)組件，使得它也適用于要求高度集成和低功耗的嵌入式場(chǎng)合[4]US-100超聲波測(cè)距模塊US-100超聲波測(cè)距模塊可實(shí)現(xiàn)2cm~4.5m的非接觸測(cè)距功能，擁有2.4V~5.5的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA,自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。有串口觸發(fā)測(cè)距和電平觸發(fā)測(cè)距兩種方式。本設(shè)計(jì)采用串口觸發(fā)測(cè)距，在此模式下只需要在TX管腳輸入0X55（波特率9600），系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值測(cè)量[5]，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，將矯正后的結(jié)果通過RX管腳輸出。US-100超聲波模塊的引腳圖如下：1腳接電源VCC，2腳接STM32F103ZET6的PA2，3腳接PA3，4腳接地即可。圖2US-100超聲波測(cè)距模塊圖Fig.2US-100ultrasonicrangingmodulechartTFTLCD液晶顯示設(shè)計(jì)利用微處理器STM32開發(fā)板上的LCD接口來點(diǎn)亮TFTLCD，并實(shí)現(xiàn)ASCⅡ字符和彩色的顯示等功能，并在串口打印LCD控制器ID，同時(shí)在LCD上顯示。開發(fā)板上的TFTLCD采用１６位的并方式與外部鏈接，之所以不采用８位的方式，是因?yàn)椴势恋臄?shù)據(jù)量較大，尤其是在顯示圖片的時(shí)候如果用８位數(shù)據(jù)線就會(huì)比１６位方式慢一倍以上，為了顯示提高顯示速度，所以選16位的接口[6]。TFTLCD液晶顯示模塊接口圖如下：圖3TFTLCD模塊接口電路圖Fig.3TFTLCDmoduleinterfacecircuitdiagramRS-232串行通信模塊接口設(shè)計(jì)微處理器STM3