原标题：基于51单片机的简易雷达定位装置

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　　一、 摘要：

　　超声波测距广泛运用于各类电子产品精确距离测量，如汽车尾部的倒车雷达对倒车时的障碍物进行精确判断，反馈到驾驶员，使驾驶员能做出准确的判断和操作；各类航模中当即将触地传感器的精确判断；超声波也可广泛用于超声探伤、测厚、测距、遥控等。本系统是由STC8952单片机位核心的简易超声波雷达定位装置。该系统由一下几部分组成：5V+9V线性电源模块、MCU模块、L298N驱动模块、12864液晶显示模块以及多个HC-SR04超声波模块和SG90舵机模块组成。电源模块负责给各个模块供电；MCU模块负责各个模块的通信和处理数据。系统开启时，第一个舵机带动超声波旋转，检测到物体后，产生外部中断，进入外部中断立即开启定时器0测量高电平时间，高电平时间测量完成后立即算出该段距离并保存，连续扫描两次并保存过程中的所有数据，送入最后的处理函数，得出最后的有效数据并显示。第一个完成后第二个超声波开始旋转，检测物体位置，以此类推，当4个超声波检测完成后，液晶屏上显示出物体的象限以及X轴和Y轴的值。该系统可对一个1*1米或1*1.5米的正方形区域内的物体进行快速定位。

　　二 系统原理

　　本系统是由STC8952单片机位核心的简易超声波雷达定位装置。该系统由一下几部分组成：5V+9V线性电源模块、MCU模块、L298N驱动模块、12864液晶显示模块以及多个HC-SR04超声波模块和SG90舵机模块组成。电源模块负责给各个模块供电；MCU模块负责各个模块的通信和处理数据。系统开启时，第一个舵机带动超声波旋转，检测到物体后，产生外部中断，进入外部中断立即开启定时器0测量高电平时间，高电平时间测量完成后立即算出该段距离并保存，连续扫描两次并保存过程中的所有数据，送入最后的处理函数，得出最后的有效数据并显示。第一个完成后第二个超声波开始转动，检测物体位置，以此类推，当4个超声波检测完成后，将四个舵机收集到的值传入坐标计算函数，算出最后的坐标值，液晶屏上显示出物体的象限以及X轴和Y轴的值。

　　（1）测距原理示意图

三、系统方案

　　系统框图：

　　（1）系统控制

　　使用定时器0和1来控制超声波发送频率和超出距离判定，定时器2控制时间，精确输出PWM波，再使用74HC138做数据分配器，当哪路舵机需要PWM波时，就选通哪路输出。外部中断0用作检测回波的时间，由于外部中断有限，所以使用74HC153作数据选择器，需要哪路的回波时间时，就选择哪路作为输入。

　　（2）HC-SR04距离计算

　　采用高精度的超声波模块采集。该超声波模块盲区仅为2cm，且测量误差可小于等于3mm，，并且该模块价格低廉，可以使成本控制的很好。只需单片机一个IO口发一个10us以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间, 根据公式：测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2，方可算出距离。

　　(3)L298N驱动

　　L298N驱动上使用了8个二极管，由于我们使用的点击是线圈式的，从运行状态转换到突然停止的状态和从顺时针状态突然转到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管作用就是在产生反向电流时泄流，保护芯片安全。另外，驱动使用了光耦隔离，使所使用不同工作电平之间的电路间没有电流通路的直接连接，不会引起干扰。由于L298N驱动电流很大（可以达到2A），所以完全可以满足4路舵机的驱动问题。

　　四、各模块实物图

　　（1）MCU及显示模块

　　主控芯片采用STC89C52芯片，片内包含3个定时器，2个外部中断，8KBROM和256BRAM

（2）电源模块

　　变压器输入交流电，经过整流、滤波、稳压得到+5V电压和+9V电压，5V电源给超声波及MCU模块及液晶屏供电，9V电源给L298N驱动模块供电

（3）舵机驱动模块

　　利用L298N驱动，用来给SG90舵机供电，每一路的舵机的VCC和GND都可以由单片机独立控制

（4）舵机

　　SG90舵机，最大转角为180度，工作电压仅需4.8伏即可驱动，稳定性好，扭矩大

（5）超声波模块

　　HC-SR04超声波模块性能稳定，测量精度可达到3mm，测量角度为15度，并且便于控制，成本低廉。该模块工作原理：首先给Trig一个10us以上的脉冲，模块自动发送8个40KHZ的方波，自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，则在Echo输出高电平，高电平的时间为从发送到接收到信号的时间。距离计算公式：（高电平时间*340（m/s））/2