基STM32单片机模拟雷达探测设计系统
Design of simulation radar detection system
based on STM32
中文摘
通长期社会观察网数调研发现雷达应十分广泛普遍雷达设备体积利携带民常型雷达：车载雷达扫机器等存精确度高功单等缺点系统针现状设计出种精确度高型易携带显示障碍物雷达探测设备设备采STM32F103C8T6作控制核心板选择超声波信号作探测信号避免探测时体物体造成伤害具成低速度快特点超声波信号发送出通计算模块记录数算法处理出障碍物方位距离时添加预警功模块根位置信息判断前否发出报警信号提高预测性安全性软件程序部分控制整单片机进行信号发送接收数处理数数正确显示界面次实验结果测试：忽略温湿度声波衰减影响探测雷达设备测距范围实现准确距离测量实验结果均误差高5整信息处理程数够快速实时更新实验结果够达预期效果
关键词：STM32 雷达扫描 超声波测距 距离报警 蓝牙通信
Abstract
Through longterm social observation and online data research it is found that radar is widely usedBut the general radar equipment is bulky and not suitable for carryingBut the civil commonly used small radar such as car radar sweeping robot etc there are not high accuracy single function and other shortcomingsTherefore this system designs a kind of radar detection equipment with high accuracy small and easy to carry and can show obstaclesThis device adopts STM32F103C8T6 as the main control core board and selects ultrasonic signal as the main detection signal to avoid causing harm to human body or object during detectionLow cost investment and fast propagation speed are the advantages of ultrasoundAfter the ultrasonic signal is sent out the location and distance of the obstacle can be obtained by recording the data of the calculation module and processing the algorithm Meanwhile the warning function module can be added to judge whether to send an alarm signal according to the obtained location information so as to improve the predictability and safetyThe software program mainly controls the whole SCM to send signals receive data and process data so that the data can be displayed correctly on the interfaceBy analyzing the results of multiple test datait is found that the detection radar system can achieve accurate range measurement within the range measurement range without the influence of temperaturehumidity and ultrasonic signal attenuation and the maximum average error of experimental results is no more than 5The data analysis can be realtime update during the whole information processing and the laboratory finding accord with expected effect
Key wordsSTM32 Radar scanner Ultrasonic ranging Display distance Bluetooth communication
目录
第章 绪 1
11设计背景 1
12 设计目 2
第二章 系统功 4
21单片机功 4
22 超声波功 5
第三章 系统设计 6
31 硬件设计 6
311超声波模块设计 6
312距离限制模块设计 8
313复位电路设计 8
314晶振电路设计 9
315蓝牙传输模块设计 10
32 软件设计 11
321位机软件部分 11
322单片机程序设计 12
33系统总设计 13
第四章 系统调试测试结果 14
41硬件调试 14
42软件调试 14
421单片机程序调试 14
422位机程序调试 15
43测试结果 17
结 18
参 考 文 献 19
致谢 20
附录 21
第章 绪
11设计背景
着社会科技直进步探测类型设备范围逐渐扩探测类型电子设备求越越高前世界掌握探测技术水现状真正够具体运探测技术存定局限性时超声波探测领域正快速发展探测技术领域具良济效益产业世界电子探测设备雷达分两应方面方面军事方面民军事部分采激光类型探测雷达应激光测量距离电子设备较量军事侦察防御方面整激光探测雷达构造部分光束信号发射模块光束信号接收模块数处理模块三模块构成光束信号发射模块里会电信号变光信号转换结束系统开始外发送信号段等时间激光光束会障碍物表面处遭阻碍法前进产生折射现象光束信号接收模块会接收光信号原电信号数处理模块数进行算法处理出目标距离方位角度目标移动速度快慢目标形态体积激光探测雷达物体环境目标进行识目标走时激光探测雷达具素值高良测量准确度特点原理激光探测雷达超声波探测雷达样唯发射探测信号激光信号变成超声波信号
激光探测雷达根采探测信号类型雷达设备运行原理雷达设备应场景进行区分激光探测雷达目前常模式直接模式相干模式特点：1抗信号影响性强激光探测雷达发射信号模块发射口直径长度特短说接收信号模块允许激光光束通面积狭窄红外线信号光束影响整激光探测雷达设备机率十分微激光探测雷达设备常环境中够影响激光扫视仪正常工作信号源稀少激光光束质红外线波受电磁波干扰动化求高场景中运2激光探测雷达探测目标物体形状目标物体构造成分会干扰激光探测雷达探测数针探测系统抗干扰性言激光探测雷达信号波动性低抗干扰性强整系统探测数信度非常高3激光会受环境亮度影响激光探测雷达全天二十四时进行工作白昼黑暗环境会探测结果产生影响受光线影响前动驾驶中采摄头传感器存通病激光探测雷达扫描出目标物体高速运动时运动轨迹激光探测雷达仅低速环境中应高速环境中进行目标捕捉特点利提高车辆高速行驶中安全性系统应环境更具备样性
生活雷达设备应方面：1作车辆电子通讯设备物理位置踪2线通讯信号接受发射卫星电话等3未知领域环境勘测气层气体温度变化预报4理民航空飞机飞行轨道海岸口船停泊理超声波质属机械波超声波信号传播程中会目标物体表面处遭阻碍发生反射折射反应目标物体会吸收超声波信号造成信号逐渐减弱正超声波信号传播特征超声波信号激光信号样运两点点位测量超声波探测雷达款常见传感器设备生活中作车辆障碍探测雷达车辆障碍探测雷达保证车辆驻车者车辆进行倒车时安全种辅助雷达设备车辆附障碍物位置通语音提示者车辆中控台显示屏显示出解决车辆停车倒车车辆起步时需特意车查引起烦恼够降低驾驶位视线盲区带危险性采超声波信号进行测量距离处超声波信号受环境亮度测量目标物体表面颜色干扰采外信号探测设备相更干净具保养成低污染物产生数准确度高设备寿命长等特点采超声波进行两点测量运金属采矿行业汽车制造业水力发电工程项目洞穴环境勘察研究理环境设备位置确定等行业中时超声波测距机器行走移动时动识障碍物时获取距离障碍物位置信息够迅速作出反应躲避障碍物继续行走超声波测距方式移动机器研究广泛应：市面火热家居扫机器时着汽车行业发展解决汽车安全问题需尤突出汽车倒车雷达设备采超声波测量距离整汽车行业广泛应
12 设计目
传统倒车雷达车辆移动时探测障碍物车辆距离程序预先固定设置距离数值参数旦车辆障碍物距离预先固定设置距离数值便会立刻发出语音提示提醒驾驶员加心应提前注意规避传统倒车雷达实时更新显示车辆障碍物距离变化显示障碍物方位角度数变化出传统汽车倒车雷达存少探测盲区安全隐患高端汽车品牌倒车雷达功完善常常造价昂贵符合国实际生活水情况导致普遍应率高市面常见倒车雷达车辆固定四点安装探测传感器类固定式倒车雷达种倒车雷达全方位进行探测存部分探测盲区具定局限性[1]外发现生活中较缺乏手持易携带型雷达探测设备般雷达探测设备体积庞易移动针现状设计研发种成投入低探测精确度高提高普例改变现状模拟雷达探测易携带型装备方面应环境勘测工业方面手持探测型雷达设备便安装环境方面倒车雷达应智家居扫机器动化应方面
第二章 系统功
21单片机功
针设计目需求次市面目前流单片机采单片机具体型号STM32F103C8T6单片机STM32F103C8T6款单片机款具低功耗高性微控制器51单片机址空间64KB仅三定时器串口操作系统运行效率低32址空间4GB拥ADDATimerCRCSPI等众外设整32单片机系统采uClinuxuCOS32单片机51单片机功强两系列单片机32单片机功优势塑性STM32F103C8T6种ARM32核单片机工业应单片机作外部设备数进行部计算处理然发出控制信号控制外部设备进控制种传感器外设进行相应设备操作达控制机器设备目
STM32单片机仅9通信串口216位ADC转换通道需系统外部添加ADC进行转换具7定时器（3普通定时器1高级控制定时器2门狗定时器1系统时间定时器）够系统进行种情况时钟模数供系统需单片机支持STLINK进行程序调试程序载工作频率默认72MHz拥2SPI接口切换两种模式全双工半双工通信频率达18兆位秒3位预分频器产生8种模式频率配置成帧8位者16位硬件CRC产生校验支持基SD卡MMC模式SPI接口DMA操作
关单片机时钟挑选实整STM32系统设备电时已挑选部8MHzRC振荡器更系统进行复位时作初始CPU时钟系统接着选择外部具失效监控416MHz时钟系统检测外部时钟功效时系统进行隔离然系统动切换部RC振荡器中断情况位机程序会接收相应中断样需时采取PLL时钟完全中断理（间接外部振荡器失效时）振晶模块时STM32置RTC运相较低负荷模式没传统圆柱晶振样避免需专门时钟芯片定时器进行处理等STM32单片机实物图21示
图21
22 超声波功
超声波种频率高20kHz频率机械波超声波振动周期传播距离短气态介质液态介质者固态介质传播时间相超声波波形式空气中传播具见性定性特点超声波量集中消耗缓慢传播距离远反射力强特点超声波测距系统作采非接触性测量方式整系统架构简单设备成低超声波探测系统响应速度够做界面快速显示符合探测设备结果准确率求超声波测距运车辆障碍物探测工业探测探测液体道深度等超声波测距系统机器视觉识等领域应非常广泛
目前世界常超声波测距方法三种分：时间渡越法相位检测法声波幅值检测法[2]超声波信号介质中进行传输需定传播时间程超声波测量距离质时间测量系统采时间渡越法时间渡越法数应需测量距离长数实时反应场合时间渡越法：超声波发射器脉激励探头接收发射命令会持续发射出长约6mm超声波信号信号空气介质中传输段时间遭目标物体阻碍超声波信号会折射回然折射回超声波信号系统信号处理模块获取超声波测距系统根记录信号时间差出超声波段时间里传播距离系统障碍物相距距离图22超声波测距原理图
图22
第三章 系统设计
31 硬件设计
311超声波模块设计
系统超声波感应模块选择HCSR04元件设备模块HCSR04超声波模块两通压电陶瓷超声传感器SR04传感器探头发出信号接收信号较微弱模块带信号放电路整信号放电路中信号分第级放器Amp第二级贷通滤波器Bandpass Filter第三级Amp放器电路级较器电路图31信号放电路图
图31
较传感器模块相HCSR04超声波传感器模块性稳定较适合系统图32HCSR04传感器实物图
图32
（1） 模块电气参数图33示
图33
（2）模块引脚
HCSR04传感器总4引脚：回波引脚（Echo）脉触发引脚（Trig）VCCGND
（3）工作原理
超声波模块会通IO口TRIG触发程序高电压输出信号传输脉触发引脚超声波模块里信号发送头便会外发送段超声波信号时回波引脚电低变高等高电输出输出定时器便开始工作进行时间记录超声波接收器获取反射回超声波信号回波引脚电压信号会高电压降低电压[3]时定时器停止记录时间工作定时器记录时间值整测测程时间测量距离声速间满足列关系：测试距离（高电时间*声速（340ms））2算出设备障碍物距离次重复周期测量系统达实时更新整控制时序图34示
图34
（4）注意事项
定时器记录时间数点4位微秒级定时器测量距离带误差数点3位毫米级微偏离值记录实验结果时作考虑HCSR04电子元件般建议设备进行连接操作时电源相连通定设备进行连接操作时电源相连通首先电源模块GND端引脚相接通时焊接时候等焊接铁头达合适高温焊接铁头电源断开进行焊接避免电流导通整电路电子元件部造成损害进行测量目标物体距离时候般求测量目标物体面积应达05方米求整测量水面测量设备目标物体保持水面否超声波信号会折射偏离导致整测量结果信度高超声波模块电路图图35示
图35
312距离限制模块设计
距离限制模块包括LED灯蜂鸣器连接起加外围电路起构成模块系统开启时距离限制模块根实际探测距离提前设置限制距离进行设定实际探测距离系统提前设置限制距离单片机会B7口引脚发送低电压信号时整距离限制模块电路会连通起蜂鸣器发光二极时出现声光报警提示者距离障碍物距离需加注意提前进行规避避免发生意外蜂鸣器电路图36示LED电路图37示
图36
图37
313复位电路设计
单片机进行复位目寄存器记录存放里面数单片机初始数换掉次单片机开始前需进行复位操作单片机中央处理器系统电子部件需初始状态开始正常运行单片机容易正常工作状态受外部环境素影响导致寄存器记录存放数产生丢失者乱码现象单片机法进行正常工作计算出结果正确时整程序均需进行复位便STM32单片机程序重新开始运行现市面单片机部已集成复位电路需额外外接复位电路
工作原理：单片机整复位电路电阻电容复位键组成初始状态电容电压忽略计电容电阻阻值十分整设备接通电源电流电源输入电阻电容进行充电时电容两头电压呈指数升形式低电压逐渐升高电压电阻两头电压呈指数降形式高电压逐渐降低电压正样复位脚低电位升高电位开机01S引起部电路复位工作
单片机接通电源进入工作久电容两头电压处高电电阻两头电压处低电够保证整单片机系统正常工作求复位键程中电容复位键形成电流回路直接短路电容两头电压呈指数降形式高电压逐渐降低电压单片机系统进行次复位工作图38复位电路图
图38
314晶振电路设计
目前市面单片机电路里带晶振电路晶振专业名称石英晶体谐振器通常单片机晶振工作联谐振状态产生高精度振荡频率般石英晶体谐振器元件两陶瓷材料做成隔离介子电容构成整晶振电路石英晶体谐振器元件陶瓷材料隔离介子电容没正负极相分两陶瓷材料隔离介子电容相互连接端定线相连整stm32系统里晶振电路单片机里工作模块电路互相配合工作发送单片机系统正常工作需时钟振荡频率单片机系统正常工作保证整单片机系统正常工作够发送指令正确执行指令操作目标前提条件执行晶振电路输出时钟振荡频率越高整单片机系统处理程序工作需时间越少
石英晶体谐振器电机械通种石英晶体进行量间相互转换支持振状态保持正常运行整单片机系统提供稳准确单频振荡频率部分晶振通外部添加电压情况够改变输出频率类晶振称压控振荡器果振荡器没输出频率整单片机系统法正常运行果振荡器输出频率混乱会导致整单片机系统设备时间统系统运行时尤设备通信程中够明显设备间没统时间整系统设备法进行数通信通常做法系统晶振单片机设备时间统避免出现运行时间步通讯系统通调整输出频率途径基频射频两频率保持步图39晶振电路图
图39
315蓝牙传输模块设计
蓝牙传输模块工作原理：设备通发送射频频段电磁波达相互数通信目支持蓝牙通信设备包含蓝牙传输模块蓝牙通信程序两台蓝牙设备想相互进行数通信时需进行配蓝牙设备间通信短程时网络中进行种网络容纳两八台设备进行连接蓝牙模块作设备设备网络环境创建成功台设备作设备设备作设备设备够搜索蓝牙模块动建立连接设备动建立连接
系统采蓝牙HC05模块体蓝牙串口模块简单说蓝牙设备蓝牙设备相互配连接成功直接蓝牙做串口建立连接完成两设备通道串口设备发送数通道中外设备便接收通道中数HC05蓝牙模块支持4800bps1382400bps间标准波特率时波特率定匹配VCC接VCCGND接GND蓝夜模块TX接单片机RX蓝牙模块RX接单片机TX端口模式设置图310示
图310
关蓝牙传输模块调试：HC05蓝牙串口传输模块两种工作模式：命令响应工作模式（AT）动连接工作模式动连接工作模式蓝牙传输模块分（Master）（Slave）回环（Loopback）三种工作角色蓝牙传输模块灯快速闪烁时候进入动连接工作模式状态会数提前设置方式连接动进行数传输PC端
户想蓝牙传输模块发送响应工作模式指令进入蓝牙传输模块设置控制初始数者发送设备理控制指令控制设备蓝牙传输模块正处响应模式执行响应指令蓝牙传输模块进入命令响应模式两种方法：种蓝牙传输模块接通电源通蓝牙设备未互相配情况响应工作模式前波特率般初始：9600次发送响应指令时必须蓝牙传输模块设置高电次种方法先蓝牙传输模块引脚电置高电源蓝牙传输模块互相连接时蓝牙传输模块会进入响应工作状态波特率：38400图311蓝牙电路图
图311
32 软件设计
321位机软件部分
系统位机设计Visual Studio2019编程软件开发环境运行环境net环境Java编程语言特点种台进行编程企业Java语言进行开发net特点兼容编程语言Windows台进行开发java样跨台开发没台局限性次编程语言采C#整位机软件包括：函数定义建图部分数获取部分绘图部分四部分图312位机流程图
图312
函数定义：开头初始定义位机软件需角度函数名雷达线函数名长度宽度函数名颜色函数名背景图函数名扫描线起始位置函数名等
建图部分：目建立显示界面界面左角波特率显示窗口串口选择窗口限制距离设置窗口连接串口功选项清屏功选项报警功选项
数获取部分：接收蓝牙发送数数分两部分部分表示前角度部分串表示测量距离实际测量数例映射软件图形显示界面舵机转动角度判断扫描范围180度扫描角度超180度舵机进行反转反扫描角度低0度舵机进行反转
绘图部分：清屏函数（数会残留显示界面需段时间进行显示界面数清）绘制显示界面分区线极坐标转换根角度信息距离信息显示界面绘制障碍物红点表示障碍物角度距离印功窗口模块显示出图313PC端软件显示界面
图313
位机软件显示界面运行原理：运行位机软件系统选择串口波特率位机软件读取蓝牙传输发送数便进行数转换开始绘制图形绘制完成程序结束串口读取数绘制结束次程INT中断发送次进行次操作程重复形成类似循坏程
322单片机程序设计
单片机程序采Arduino ide环境进行开发选C++语言进行编程整单片机硬件设备STM32单片机核心设备通STM32控制器控制模块部分整超声波单片机程序容包括元件引脚定义初始化串口模块初始化引脚模式舵机转动角度判断延时函数超声波数函数脉宽获取函数预警距离判断函数发送数函数
根硬件部分软件部分综合整理整超声波雷达探测系统工作原理：硬件设备开始电程序整超声波测量系统开始进行初始化设置模块进入初始化状态避免出现意外超声波模块接收单片机发发送命令便立刻发送信号系统开计时器边进行数记录边等检查否获取折射回超声波信号获取继续发送超声波信号获取定时器记录时间进行算法运算根算法公式出数值数值系统计算系统距离障碍物测量距离系统算出测量距离数值已提前设置预警距离数值进行较算出测量距离设置预警距离数值预警模块进入工作预警模块分两部分部分LED部分报警时LED灯会规律较快闪烁部分蜂鸣器部分报警时蜂鸣器会发出声响达提示效果算出测量距离设置预警距离数值预警模块会工作直算出测量距离设置预警距离数值时会工作程序计算出测量距离数值时会蓝牙模块舵机旋转角度算出距离数值传输位机软件里位机软件部分会绘画出半圆图形面会条扫描线180度左右回扫描位机软件会根串口发送数绘制半圆图形界面界面左角功窗口会显示障碍物角度方位置测量距离数会直实时更新需定时进行清屏数处理探测障碍物会红点形式显示画面停留秒功窗口距离设置功模块设置预警距离
33系统总设计
系统计出种性优势高传统雷达型易携带雷达探测系统受倒车雷达启发基础进行功添加功性应范围增加次设计雷达探测系统包含单片机控制部分超声波信号处理部分位机软件部分预警提示部分蓝牙通信部分等
系统设计思路STM32单片机核心元件系统开启时超声波发射模块会前方发射超声波信号定时器开始记录程时间信号抵达目标物体表面处遭阻碍折射折射回超声波信号超声波接收模块获取定时器便停止记录时间超声波测距模块开始根记录时间数算出超声波发射模块障碍物位置距离避免固定扫描方角度范围添加舵机实现转动扫描增加灵活性轮数整合通蓝牙模块传输PC端显示更加性化智化更体现系统工作状况PC端位机软件显示障碍物位置方位距离者目然位机模块里面包含设置预警距离功钮根实际环境需设置避免功固定化图314系统总体框图
图314
第四章 系统调试测试结果
41硬件调试
根设计目需求画出电路原理图电路原理图进行电子元件焊接首先超声波模块stm32模块进行焊接里注意超声波接收线触发线接错否会导致获数紧接着焊接蜂鸣器模块蓝牙模块焊接注意蓝牙模块电压引脚焊接避免烧坏整蓝牙模块图41硬件实物图
图41
42软件调试
421单片机程序调试
设计单片机程序Arduino进行开发单片机程序代码烧录单片机前首先需进行软件开发环境载安装首先鼠标左键单击文件接着鼠标左键选择首选项寻找附加开发板理器网址单击右端添加网址httpsgithubcomstm32duinoBoardManagerFilesrawmasterSTM32package_stm_indexjson点击OK图42示
图42
接着功栏鼠标左键单击工具钮工具栏里查找选择单击开发板：Arduino Uno选择开发板理器类型栏中查找选择贡献类型拉查找载STM32 Cores版等动安装完成图43示
图43
安装完成程序进行验证查否出现错误没出现错误直接点击传
422位机程序调试
开位机软件选择开项目解决方案找存放项目文件夹开项目图44示
图44
编写代码错误点击启动选项软件便会动生成显示界面时开始电脑蓝牙单片机蓝牙相互连接里注意Windows10系统带蓝牙模块支持HC05蓝牙模块需设备理器Windows10系统带蓝牙模块禁外加蓝牙适配器连接单片机蓝牙模块增加系统保密性电脑蓝牙模块单片机蓝牙模块相互连接时需输入密码密码设定1234图45示
图45
时选择波特率9600设备理器查找单片机端口设计端口COM3选择COM3端口点击连接串口选项显示界面便会生成半圆扫描图形单片机检测障碍物时候障碍物数信息会实时红点形式显示界面图46示
图46
障碍物数信息会永久显示界面保存着长时间探测红点数量会越越避免影响需段时间进行清屏功处理外系统支持修改报警距离前设置报警距离10障碍物距离10单片机便会进行声光报警
43测试结果
次测试选定较空旷场进行测试探测设备放置水面固定住调试设备连接蓝牙便进行测试测试结果表41示
表41
障碍物数量
障碍物
实际距离
测量距离
结果误差率
第1次测试
1
10
20cm
21cm
5
第2次测试
3
10
20cm
216cm
3
第3次测试
5
10
20cm
214cm
2
第4次测试
3
5
30cm
3129cm
430
第5次测试
3
10
30cm
3108cm
360
第6次测试
3
20
30cm
3066cm
220
第7次测试
3
10
20cm
2026cm
130
第8次测试
3
10
30cm
3057cm
190
第9次测试
3
10
40cm
412cm
3
根测试结果进行分析考虑温度时间影响发现障碍物距离定时障碍物数量越测量准确度越高障碍物数量距离定时障碍物面积越测量准确度越高障碍物数量定时障碍物距离越测量准确度越高原测量准确度高低接收超声波信号强弱关整测试结果达预期结果
结
月学术研究成长学边应付着实工作压力边忙毕业设计制作文撰写文通STM32单片机超声波测距位机显示结合设计出种成材料低搭建简单精确度稳定型携带雷达扫描系统位机软件界面显示出障碍物距离角度达预警距离值时进行声光报警传统雷达没太局限性意更改嵌入设备中
研究帆风研究程中遇较突出甚现法解决问题说障碍物表面方式会超声波测量方式会产生定误差测量圆形物体时圆形表面会超声波信号外反射会导致接收信号衰减者测量数准确误差时超声波测量方式三维扫描样测量物体距离测量物体形状者问题目前掌握超声波探测技术法较处理问题时蓝牙通信非常常连接稳定蓝牙信号容易误连法连接设备需次尝试连接方案改进需考虑WiFi通信方式毕竟WiFi网络稳定保密性
总体说次设计成功易设计程中查阅量资料发现前学知识皮毛已调试程序出现问题时候心急烦躁时候导致整设计进度缓慢
参 考 文 献
[1] 陈星旭 李世民 STM32车载雷达预警抬头显示器设计[J] 单片机嵌入式系统应 2018Hz
[2] 李修权 刘杰 黑创 et al 基STM32超声波精确测距系统设计[J] 长江学学报科版 15(17)5+3538
[3] 陈阿辉 黄继伟 柯玉山 et al 基STM32雷达物位检测系统设计[J] 动化仪表 2017(06)3336+43
[4] 苑洁 常太华 Design of ultrasonic distance measurement system based on STM32 microprocessor基STM32单片机高精度超声波测距系统设计[J] 电子设计工程 2011 019(015)767882
[5] 韩韧 金永威 王强 基STM32超声波测距倒车雷达预警系统设计[J] 传感器微系统 v35No290(04)6871
[6] 郭海丽[1] 基STM32倒车雷达系统研究实现[J] 燃机配件 2019 000(002)P205207
[7] 牛余朋 成曙 基单片机超声波测距系统[J] 兵工动化(4)8284
[8] 李戈 国超声波测距研究应现状[J] 测绘科学 v36No172(4)6062
[9] 德爱玲 朱勇 宝力 基单片机超声波测距系统[C] 中国电子学会全国网络编码学术年会 2008
[10] 纪良文 机器超声测距数采集处理[J] 工业控制计算机(04)2023
附录
单片机程序全部源码：
#include * 舵机驱动库 *
#include
#define trigPin PB4 * 超声波触发引脚 *
#define echoPin PB5 * 超声波反馈引脚 *
#define servoPin PB6 * 舵机控制引脚 *
#define buzzerPin PB7 * 蜂鸣器控制引脚 *
#define pi 314159
Servo servo * 舵机控制象 *
float limit 10 * 距离限制限制会报警蜂鸣器鸣响 *
void setup() {
servoattach(servoPin) * 舵机控制象添加控制引脚 *
Serialbegin(9600) * 初始化串口模块波特率9600实际应单片机PA10（RX）PA9（TX） *
pinMode(buzzerPin OUTPUT) * 初始化引脚输出模式 *
pinMode(trigPin OUTPUT) * 初始化引脚输出模式 *
pinMode(echoPin INPUT) * 初始化引脚输入模式 *
}
void loop(){
for(int servoAngle 0 servoAngle < 180 servoAngle++) * 零度开始直180度度数延迟50ms舵机提供反应时间 *
{
servowrite(servoAngle)
delay(50)
print(servoAngle)
}
for(int servoAngle 180 servoAngle > 0 servoAngle) * 反转 *
{
servowrite(servoAngle)
delay(50)
print(0servoAngle)
}
}
void print(int servoAngle){
digitalWrite(trigPin LOW) * 拉低超声波触发引脚5us超声波索数 *
delayMicroseconds(5)
digitalWrite(trigPin HIGH) * 拉高10us超声波索数 *
delayMicroseconds(10)
digitalWrite(trigPin LOW)
int duration pulseIn(echoPin HIGH) * 脉宽获取函数 *
int cm (duration2) 291 * 通公式时间推算实际距离 *
if (cm < limit) { * 判断障碍物否限制范围拉高buzzer引脚蜂鸣器报警 *
digitalWrite(buzzerPin HIGH)
} else {
digitalWrite(buzzerPin LOW)
}
Serialprint(servoAngle) * 串口发送数 *
Serialprint()
Serialprintln(cm)
}
位机部分代码：
public Bitmap draw()
{
int x y i
Pen p
g1Clear(bgColor)
pen_radarWidth 1
for (i 2 i < 5 i++)
{
g1DrawArc(pen_radar 50 * i 50 * i width (100 * i) height (100 * i) 0 180)
}
for (i 1 i < 9 i++)
{
x (int)(MathCos(i * 10 * MathPI 180) * (width 2 25 7))
y (int)(MathSin(i * 10 * MathPI 180) * (height 2 25 7))
g1DrawLine(pen_radar width 2 height 2 width 2 + x height 2 y)
g1DrawLine(pen_radar width 2 height 2 width 2 x height 2 y)
}
pen_radarWidth 2
g1DrawLine(pen_radar width 2 height 2 width 2 25)
if (distance < width 100)
{
x (int)(MathCos(angle * MathPI 180) * (distance 2 50))
y (int)(MathSin(angle * MathPI 180) * (distance 2 50))
int t randNext(20) + 10
int t 8
g2FillEllipse(new SolidBrush(ColorFromArgb(80 ColorRed)) (width 2) + x (height 2) y t t)
}
g1DrawImage(dots 0 0 dotsWidth dotsHeight)
for (i 0 i < radarLines i++)
{
x (int)(MathCos(angles[i] * MathPI 180) * (width 2 50))
y (int)(MathSin(angles[i] * MathPI 180) * (height 2 50))
p new Pen(ColorFromArgb(255 (i * 8) + i radar_colorR radar_colorG radar_colorB) 3)
g1DrawLine(p width 2 height 2 width 2 + x height 2 y)
}
g1DrawArc(pen_radar 50 50 width 100 height 100 0 180)
g1DrawLine(pen_radar 25 height 2 width 25 height 2)
g1FillRectangle(new SolidBrush(bgColor) 0 (height 2) + 1 width height 2)
g1DrawString(angleToString() + ° + distance2ToString() + cm new Font(Fira Code 18) new SolidBrush(ColorGreen) 100 100)
return bmp
}
电路原理图：
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基STM32单片机模拟雷达探测设计系统
Design of simulation radar detection system
based on STM32
中文摘
通长期社会观察网数调研发现雷达应十分广泛普遍雷达设备体积利携带民常型雷达：车载雷达扫机器等存精确度高功单等缺点系统针现状设计出种精确度高型易携带显示障碍物雷达探测设备设备采STM32F103C8T6作控制核心板选择超声波信号作探测信号避免探测时体物体造成伤害具成低速度快特点超声波信号发送出通计算模块记录数算法处理出障碍物方位距离时添加预警功模块根位置信息判断前否发出报警信号提高预测性安全性软件程序部分控制整单片机进行信号发送接收数处理数数正确显示界面次实验结果测试：忽略温湿度声波衰减影响探测雷达设备测距范围实现准确距离测量实验结果均误差高5整信息处理程数够快速实时更新实验结果够达预期效果
关键词：STM32 雷达扫描 超声波测距 距离报警 蓝牙通信
Abstract
Through longterm social observation and online data research it is found that radar is widely usedBut the general radar equipment is bulky and not suitable for carryingBut the civil commonly used small radar such as car radar sweeping robot etc there are not high accuracy single function and other shortcomingsTherefore this system designs a kind of radar detection equipment with high accuracy small and easy to carry and can show obstaclesThis device adopts STM32F103C8T6 as the main control core board and selects ultrasonic signal as the main detection signal to avoid causing harm to human body or object during detectionLow cost investment and fast propagation speed are the advantages of ultrasoundAfter the ultrasonic signal is sent out the location and distance of the obstacle can be obtained by recording the data of the calculation module and processing the algorithm Meanwhile the warning function module can be added to judge whether to send an alarm signal according to the obtained location information so as to improve the predictability and safetyThe software program mainly controls the whole SCM to send signals receive data and process data so that the data can be displayed correctly on the interfaceBy analyzing the results of multiple test datait is found that the detection radar system can achieve accurate range measurement within the range measurement range without the influence of temperaturehumidity and ultrasonic signal attenuation and the maximum average error of experimental results is no more than 5The data analysis can be realtime update during the whole information processing and the laboratory finding accord with expected effect
Key wordsSTM32 Radar scanner Ultrasonic ranging Display distance Bluetooth communication
目录
第章 绪 1
11设计背景 1
12 设计目 2
第二章 系统功 4
21单片机功 4
22 超声波功 5
第三章 系统设计 6
31 硬件设计 6
311超声波模块设计 6
312距离限制模块设计 8
313复位电路设计 8
314晶振电路设计 9
315蓝牙传输模块设计 10
32 软件设计 11
321位机软件部分 11
322单片机程序设计 12
33系统总设计 13
第四章 系统调试测试结果 14
41硬件调试 14
42软件调试 14
421单片机程序调试 14
422位机程序调试 15
43测试结果 17
结 18
参 考 文 献 19
致谢 20
附录 21
第章 绪
11设计背景
着社会科技直进步探测类型设备范围逐渐扩探测类型电子设备求越越高前世界掌握探测技术水现状真正够具体运探测技术存定局限性时超声波探测领域正快速发展探测技术领域具良济效益产业世界电子探测设备雷达分两应方面方面军事方面民军事部分采激光类型探测雷达应激光测量距离电子设备较量军事侦察防御方面整激光探测雷达构造部分光束信号发射模块光束信号接收模块数处理模块三模块构成光束信号发射模块里会电信号变光信号转换结束系统开始外发送信号段等时间激光光束会障碍物表面处遭阻碍法前进产生折射现象光束信号接收模块会接收光信号原电信号数处理模块数进行算法处理出目标距离方位角度目标移动速度快慢目标形态体积激光探测雷达物体环境目标进行识目标走时激光探测雷达具素值高良测量准确度特点原理激光探测雷达超声波探测雷达样唯发射探测信号激光信号变成超声波信号
激光探测雷达根采探测信号类型雷达设备运行原理雷达设备应场景进行区分激光探测雷达目前常模式直接模式相干模式特点：1抗信号影响性强激光探测雷达发射信号模块发射口直径长度特短说接收信号模块允许激光光束通面积狭窄红外线信号光束影响整激光探测雷达设备机率十分微激光探测雷达设备常环境中够影响激光扫视仪正常工作信号源稀少激光光束质红外线波受电磁波干扰动化求高场景中运2激光探测雷达探测目标物体形状目标物体构造成分会干扰激光探测雷达探测数针探测系统抗干扰性言激光探测雷达信号波动性低抗干扰性强整系统探测数信度非常高3激光会受环境亮度影响激光探测雷达全天二十四时进行工作白昼黑暗环境会探测结果产生影响受光线影响前动驾驶中采摄头传感器存通病激光探测雷达扫描出目标物体高速运动时运动轨迹激光探测雷达仅低速环境中应高速环境中进行目标捕捉特点利提高车辆高速行驶中安全性系统应环境更具备样性
生活雷达设备应方面：1作车辆电子通讯设备物理位置踪2线通讯信号接受发射卫星电话等3未知领域环境勘测气层气体温度变化预报4理民航空飞机飞行轨道海岸口船停泊理超声波质属机械波超声波信号传播程中会目标物体表面处遭阻碍发生反射折射反应目标物体会吸收超声波信号造成信号逐渐减弱正超声波信号传播特征超声波信号激光信号样运两点点位测量超声波探测雷达款常见传感器设备生活中作车辆障碍探测雷达车辆障碍探测雷达保证车辆驻车者车辆进行倒车时安全种辅助雷达设备车辆附障碍物位置通语音提示者车辆中控台显示屏显示出解决车辆停车倒车车辆起步时需特意车查引起烦恼够降低驾驶位视线盲区带危险性采超声波信号进行测量距离处超声波信号受环境亮度测量目标物体表面颜色干扰采外信号探测设备相更干净具保养成低污染物产生数准确度高设备寿命长等特点采超声波进行两点测量运金属采矿行业汽车制造业水力发电工程项目洞穴环境勘察研究理环境设备位置确定等行业中时超声波测距机器行走移动时动识障碍物时获取距离障碍物位置信息够迅速作出反应躲避障碍物继续行走超声波测距方式移动机器研究广泛应：市面火热家居扫机器时着汽车行业发展解决汽车安全问题需尤突出汽车倒车雷达设备采超声波测量距离整汽车行业广泛应
12 设计目
传统倒车雷达车辆移动时探测障碍物车辆距离程序预先固定设置距离数值参数旦车辆障碍物距离预先固定设置距离数值便会立刻发出语音提示提醒驾驶员加心应提前注意规避传统倒车雷达实时更新显示车辆障碍物距离变化显示障碍物方位角度数变化出传统汽车倒车雷达存少探测盲区安全隐患高端汽车品牌倒车雷达功完善常常造价昂贵符合国实际生活水情况导致普遍应率高市面常见倒车雷达车辆固定四点安装探测传感器类固定式倒车雷达种倒车雷达全方位进行探测存部分探测盲区具定局限性[1]外发现生活中较缺乏手持易携带型雷达探测设备般雷达探测设备体积庞易移动针现状设计研发种成投入低探测精确度高提高普例改变现状模拟雷达探测易携带型装备方面应环境勘测工业方面手持探测型雷达设备便安装环境方面倒车雷达应智家居扫机器动化应方面
第二章 系统功
21单片机功
针设计目需求次市面目前流单片机采单片机具体型号STM32F103C8T6单片机STM32F103C8T6款单片机款具低功耗高性微控制器51单片机址空间64KB仅三定时器串口操作系统运行效率低32址空间4GB拥ADDATimerCRCSPI等众外设整32单片机系统采uClinuxuCOS32单片机51单片机功强两系列单片机32单片机功优势塑性STM32F103C8T6种ARM32核单片机工业应单片机作外部设备数进行部计算处理然发出控制信号控制外部设备进控制种传感器外设进行相应设备操作达控制机器设备目
STM32单片机仅9通信串口216位ADC转换通道需系统外部添加ADC进行转换具7定时器（3普通定时器1高级控制定时器2门狗定时器1系统时间定时器）够系统进行种情况时钟模数供系统需单片机支持STLINK进行程序调试程序载工作频率默认72MHz拥2SPI接口切换两种模式全双工半双工通信频率达18兆位秒3位预分频器产生8种模式频率配置成帧8位者16位硬件CRC产生校验支持基SD卡MMC模式SPI接口DMA操作
关单片机时钟挑选实整STM32系统设备电时已挑选部8MHzRC振荡器更系统进行复位时作初始CPU时钟系统接着选择外部具失效监控416MHz时钟系统检测外部时钟功效时系统进行隔离然系统动切换部RC振荡器中断情况位机程序会接收相应中断样需时采取PLL时钟完全中断理（间接外部振荡器失效时）振晶模块时STM32置RTC运相较低负荷模式没传统圆柱晶振样避免需专门时钟芯片定时器进行处理等STM32单片机实物图21示
图21
22 超声波功
超声波种频率高20kHz频率机械波超声波振动周期传播距离短气态介质液态介质者固态介质传播时间相超声波波形式空气中传播具见性定性特点超声波量集中消耗缓慢传播距离远反射力强特点超声波测距系统作采非接触性测量方式整系统架构简单设备成低超声波探测系统响应速度够做界面快速显示符合探测设备结果准确率求超声波测距运车辆障碍物探测工业探测探测液体道深度等超声波测距系统机器视觉识等领域应非常广泛
目前世界常超声波测距方法三种分：时间渡越法相位检测法声波幅值检测法[2]超声波信号介质中进行传输需定传播时间程超声波测量距离质时间测量系统采时间渡越法时间渡越法数应需测量距离长数实时反应场合时间渡越法：超声波发射器脉激励探头接收发射命令会持续发射出长约6mm超声波信号信号空气介质中传输段时间遭目标物体阻碍超声波信号会折射回然折射回超声波信号系统信号处理模块获取超声波测距系统根记录信号时间差出超声波段时间里传播距离系统障碍物相距距离图22超声波测距原理图
图22
第三章 系统设计
31 硬件设计
311超声波模块设计
系统超声波感应模块选择HCSR04元件设备模块HCSR04超声波模块两通压电陶瓷超声传感器SR04传感器探头发出信号接收信号较微弱模块带信号放电路整信号放电路中信号分第级放器Amp第二级贷通滤波器Bandpass Filter第三级Amp放器电路级较器电路图31信号放电路图
图31
较传感器模块相HCSR04超声波传感器模块性稳定较适合系统图32HCSR04传感器实物图
图32
（1） 模块电气参数图33示
图33
（2）模块引脚
HCSR04传感器总4引脚：回波引脚（Echo）脉触发引脚（Trig）VCCGND
（3）工作原理
超声波模块会通IO口TRIG触发程序高电压输出信号传输脉触发引脚超声波模块里信号发送头便会外发送段超声波信号时回波引脚电低变高等高电输出输出定时器便开始工作进行时间记录超声波接收器获取反射回超声波信号回波引脚电压信号会高电压降低电压[3]时定时器停止记录时间工作定时器记录时间值整测测程时间测量距离声速间满足列关系：测试距离（高电时间*声速（340ms））2算出设备障碍物距离次重复周期测量系统达实时更新整控制时序图34示
图34
（4）注意事项
定时器记录时间数点4位微秒级定时器测量距离带误差数点3位毫米级微偏离值记录实验结果时作考虑HCSR04电子元件般建议设备进行连接操作时电源相连通定设备进行连接操作时电源相连通首先电源模块GND端引脚相接通时焊接时候等焊接铁头达合适高温焊接铁头电源断开进行焊接避免电流导通整电路电子元件部造成损害进行测量目标物体距离时候般求测量目标物体面积应达05方米求整测量水面测量设备目标物体保持水面否超声波信号会折射偏离导致整测量结果信度高超声波模块电路图图35示
图35
312距离限制模块设计
距离限制模块包括LED灯蜂鸣器连接起加外围电路起构成模块系统开启时距离限制模块根实际探测距离提前设置限制距离进行设定实际探测距离系统提前设置限制距离单片机会B7口引脚发送低电压信号时整距离限制模块电路会连通起蜂鸣器发光二极时出现声光报警提示者距离障碍物距离需加注意提前进行规避避免发生意外蜂鸣器电路图36示LED电路图37示
图36
图37
313复位电路设计
单片机进行复位目寄存器记录存放里面数单片机初始数换掉次单片机开始前需进行复位操作单片机中央处理器系统电子部件需初始状态开始正常运行单片机容易正常工作状态受外部环境素影响导致寄存器记录存放数产生丢失者乱码现象单片机法进行正常工作计算出结果正确时整程序均需进行复位便STM32单片机程序重新开始运行现市面单片机部已集成复位电路需额外外接复位电路
工作原理：单片机整复位电路电阻电容复位键组成初始状态电容电压忽略计电容电阻阻值十分整设备接通电源电流电源输入电阻电容进行充电时电容两头电压呈指数升形式低电压逐渐升高电压电阻两头电压呈指数降形式高电压逐渐降低电压正样复位脚低电位升高电位开机01S引起部电路复位工作
单片机接通电源进入工作久电容两头电压处高电电阻两头电压处低电够保证整单片机系统正常工作求复位键程中电容复位键形成电流回路直接短路电容两头电压呈指数降形式高电压逐渐降低电压单片机系统进行次复位工作图38复位电路图
图38
314晶振电路设计
目前市面单片机电路里带晶振电路晶振专业名称石英晶体谐振器通常单片机晶振工作联谐振状态产生高精度振荡频率般石英晶体谐振器元件两陶瓷材料做成隔离介子电容构成整晶振电路石英晶体谐振器元件陶瓷材料隔离介子电容没正负极相分两陶瓷材料隔离介子电容相互连接端定线相连整stm32系统里晶振电路单片机里工作模块电路互相配合工作发送单片机系统正常工作需时钟振荡频率单片机系统正常工作保证整单片机系统正常工作够发送指令正确执行指令操作目标前提条件执行晶振电路输出时钟振荡频率越高整单片机系统处理程序工作需时间越少
石英晶体谐振器电机械通种石英晶体进行量间相互转换支持振状态保持正常运行整单片机系统提供稳准确单频振荡频率部分晶振通外部添加电压情况够改变输出频率类晶振称压控振荡器果振荡器没输出频率整单片机系统法正常运行果振荡器输出频率混乱会导致整单片机系统设备时间统系统运行时尤设备通信程中够明显设备间没统时间整系统设备法进行数通信通常做法系统晶振单片机设备时间统避免出现运行时间步通讯系统通调整输出频率途径基频射频两频率保持步图39晶振电路图
图39
315蓝牙传输模块设计
蓝牙传输模块工作原理：设备通发送射频频段电磁波达相互数通信目支持蓝牙通信设备包含蓝牙传输模块蓝牙通信程序两台蓝牙设备想相互进行数通信时需进行配蓝牙设备间通信短程时网络中进行种网络容纳两八台设备进行连接蓝牙模块作设备设备网络环境创建成功台设备作设备设备作设备设备够搜索蓝牙模块动建立连接设备动建立连接
系统采蓝牙HC05模块体蓝牙串口模块简单说蓝牙设备蓝牙设备相互配连接成功直接蓝牙做串口建立连接完成两设备通道串口设备发送数通道中外设备便接收通道中数HC05蓝牙模块支持4800bps1382400bps间标准波特率时波特率定匹配VCC接VCCGND接GND蓝夜模块TX接单片机RX蓝牙模块RX接单片机TX端口模式设置图310示
图310
关蓝牙传输模块调试：HC05蓝牙串口传输模块两种工作模式：命令响应工作模式（AT）动连接工作模式动连接工作模式蓝牙传输模块分（Master）（Slave）回环（Loopback）三种工作角色蓝牙传输模块灯快速闪烁时候进入动连接工作模式状态会数提前设置方式连接动进行数传输PC端
户想蓝牙传输模块发送响应工作模式指令进入蓝牙传输模块设置控制初始数者发送设备理控制指令控制设备蓝牙传输模块正处响应模式执行响应指令蓝牙传输模块进入命令响应模式两种方法：种蓝牙传输模块接通电源通蓝牙设备未互相配情况响应工作模式前波特率般初始：9600次发送响应指令时必须蓝牙传输模块设置高电次种方法先蓝牙传输模块引脚电置高电源蓝牙传输模块互相连接时蓝牙传输模块会进入响应工作状态波特率：38400图311蓝牙电路图
图311
32 软件设计
321位机软件部分
系统位机设计Visual Studio2019编程软件开发环境运行环境net环境Java编程语言特点种台进行编程企业Java语言进行开发net特点兼容编程语言Windows台进行开发java样跨台开发没台局限性次编程语言采C#整位机软件包括：函数定义建图部分数获取部分绘图部分四部分图312位机流程图
图312
函数定义：开头初始定义位机软件需角度函数名雷达线函数名长度宽度函数名颜色函数名背景图函数名扫描线起始位置函数名等
建图部分：目建立显示界面界面左角波特率显示窗口串口选择窗口限制距离设置窗口连接串口功选项清屏功选项报警功选项
数获取部分：接收蓝牙发送数数分两部分部分表示前角度部分串表示测量距离实际测量数例映射软件图形显示界面舵机转动角度判断扫描范围180度扫描角度超180度舵机进行反转反扫描角度低0度舵机进行反转
绘图部分：清屏函数（数会残留显示界面需段时间进行显示界面数清）绘制显示界面分区线极坐标转换根角度信息距离信息显示界面绘制障碍物红点表示障碍物角度距离印功窗口模块显示出图313PC端软件显示界面
图313
位机软件显示界面运行原理：运行位机软件系统选择串口波特率位机软件读取蓝牙传输发送数便进行数转换开始绘制图形绘制完成程序结束串口读取数绘制结束次程INT中断发送次进行次操作程重复形成类似循坏程
322单片机程序设计
单片机程序采Arduino ide环境进行开发选C++语言进行编程整单片机硬件设备STM32单片机核心设备通STM32控制器控制模块部分整超声波单片机程序容包括元件引脚定义初始化串口模块初始化引脚模式舵机转动角度判断延时函数超声波数函数脉宽获取函数预警距离判断函数发送数函数
根硬件部分软件部分综合整理整超声波雷达探测系统工作原理：硬件设备开始电程序整超声波测量系统开始进行初始化设置模块进入初始化状态避免出现意外超声波模块接收单片机发发送命令便立刻发送信号系统开计时器边进行数记录边等检查否获取折射回超声波信号获取继续发送超声波信号获取定时器记录时间进行算法运算根算法公式出数值数值系统计算系统距离障碍物测量距离系统算出测量距离数值已提前设置预警距离数值进行较算出测量距离设置预警距离数值预警模块进入工作预警模块分两部分部分LED部分报警时LED灯会规律较快闪烁部分蜂鸣器部分报警时蜂鸣器会发出声响达提示效果算出测量距离设置预警距离数值预警模块会工作直算出测量距离设置预警距离数值时会工作程序计算出测量距离数值时会蓝牙模块舵机旋转角度算出距离数值传输位机软件里位机软件部分会绘画出半圆图形面会条扫描线180度左右回扫描位机软件会根串口发送数绘制半圆图形界面界面左角功窗口会显示障碍物角度方位置测量距离数会直实时更新需定时进行清屏数处理探测障碍物会红点形式显示画面停留秒功窗口距离设置功模块设置预警距离
33系统总设计
系统计出种性优势高传统雷达型易携带雷达探测系统受倒车雷达启发基础进行功添加功性应范围增加次设计雷达探测系统包含单片机控制部分超声波信号处理部分位机软件部分预警提示部分蓝牙通信部分等
系统设计思路STM32单片机核心元件系统开启时超声波发射模块会前方发射超声波信号定时器开始记录程时间信号抵达目标物体表面处遭阻碍折射折射回超声波信号超声波接收模块获取定时器便停止记录时间超声波测距模块开始根记录时间数算出超声波发射模块障碍物位置距离避免固定扫描方角度范围添加舵机实现转动扫描增加灵活性轮数整合通蓝牙模块传输PC端显示更加性化智化更体现系统工作状况PC端位机软件显示障碍物位置方位距离者目然位机模块里面包含设置预警距离功钮根实际环境需设置避免功固定化图314系统总体框图
图314
第四章 系统调试测试结果
41硬件调试
根设计目需求画出电路原理图电路原理图进行电子元件焊接首先超声波模块stm32模块进行焊接里注意超声波接收线触发线接错否会导致获数紧接着焊接蜂鸣器模块蓝牙模块焊接注意蓝牙模块电压引脚焊接避免烧坏整蓝牙模块图41硬件实物图
图41
42软件调试
421单片机程序调试
设计单片机程序Arduino进行开发单片机程序代码烧录单片机前首先需进行软件开发环境载安装首先鼠标左键单击文件接着鼠标左键选择首选项寻找附加开发板理器网址单击右端添加网址httpsgithubcomstm32duinoBoardManagerFilesrawmasterSTM32package_stm_indexjson点击OK图42示
图42
接着功栏鼠标左键单击工具钮工具栏里查找选择单击开发板：Arduino Uno选择开发板理器类型栏中查找选择贡献类型拉查找载STM32 Cores版等动安装完成图43示
图43
安装完成程序进行验证查否出现错误没出现错误直接点击传
422位机程序调试
开位机软件选择开项目解决方案找存放项目文件夹开项目图44示
图44
编写代码错误点击启动选项软件便会动生成显示界面时开始电脑蓝牙单片机蓝牙相互连接里注意Windows10系统带蓝牙模块支持HC05蓝牙模块需设备理器Windows10系统带蓝牙模块禁外加蓝牙适配器连接单片机蓝牙模块增加系统保密性电脑蓝牙模块单片机蓝牙模块相互连接时需输入密码密码设定1234图45示
图45
时选择波特率9600设备理器查找单片机端口设计端口COM3选择COM3端口点击连接串口选项显示界面便会生成半圆扫描图形单片机检测障碍物时候障碍物数信息会实时红点形式显示界面图46示
图46
障碍物数信息会永久显示界面保存着长时间探测红点数量会越越避免影响需段时间进行清屏功处理外系统支持修改报警距离前设置报警距离10障碍物距离10单片机便会进行声光报警
43测试结果
次测试选定较空旷场进行测试探测设备放置水面固定住调试设备连接蓝牙便进行测试测试结果表41示
表41
障碍物数量
障碍物
实际距离
测量距离
结果误差率
第1次测试
1
10
20cm
21cm
5
第2次测试
3
10
20cm
216cm
3
第3次测试
5
10
20cm
214cm
2
第4次测试
3
5
30cm
3129cm
430
第5次测试
3
10
30cm
3108cm
360
第6次测试
3
20
30cm
3066cm
220
第7次测试
3
10
20cm
2026cm
130
第8次测试
3
10
30cm
3057cm
190
第9次测试
3
10
40cm
412cm
3
根测试结果进行分析考虑温度时间影响发现障碍物距离定时障碍物数量越测量准确度越高障碍物数量距离定时障碍物面积越测量准确度越高障碍物数量定时障碍物距离越测量准确度越高原测量准确度高低接收超声波信号强弱关整测试结果达预期结果
结
月学术研究成长学边应付着实工作压力边忙毕业设计制作文撰写文通STM32单片机超声波测距位机显示结合设计出种成材料低搭建简单精确度稳定型携带雷达扫描系统位机软件界面显示出障碍物距离角度达预警距离值时进行声光报警传统雷达没太局限性意更改嵌入设备中
研究帆风研究程中遇较突出甚现法解决问题说障碍物表面方式会超声波测量方式会产生定误差测量圆形物体时圆形表面会超声波信号外反射会导致接收信号衰减者测量数准确误差时超声波测量方式三维扫描样测量物体距离测量物体形状者问题目前掌握超声波探测技术法较处理问题时蓝牙通信非常常连接稳定蓝牙信号容易误连法连接设备需次尝试连接方案改进需考虑WiFi通信方式毕竟WiFi网络稳定保密性
总体说次设计成功易设计程中查阅量资料发现前学知识皮毛已调试程序出现问题时候心急烦躁时候导致整设计进度缓慢
参 考 文 献
[1] 陈星旭 李世民 STM32车载雷达预警抬头显示器设计[J] 单片机嵌入式系统应 2018Hz
[2] 李修权 刘杰 黑创 et al 基STM32超声波精确测距系统设计[J] 长江学学报科版 15(17)5+3538
[3] 陈阿辉 黄继伟 柯玉山 et al 基STM32雷达物位检测系统设计[J] 动化仪表 2017(06)3336+43
[4] 苑洁 常太华 Design of ultrasonic distance measurement system based on STM32 microprocessor基STM32单片机高精度超声波测距系统设计[J] 电子设计工程 2011 019(015)767882
[5] 韩韧 金永威 王强 基STM32超声波测距倒车雷达预警系统设计[J] 传感器微系统 v35No290(04)6871
[6] 郭海丽[1] 基STM32倒车雷达系统研究实现[J] 燃机配件 2019 000(002)P205207
[7] 牛余朋 成曙 基单片机超声波测距系统[J] 兵工动化(4)8284
[8] 李戈 国超声波测距研究应现状[J] 测绘科学 v36No172(4)6062
[9] 德爱玲 朱勇 宝力 基单片机超声波测距系统[C] 中国电子学会全国网络编码学术年会 2008
[10] 纪良文 机器超声测距数采集处理[J] 工业控制计算机(04)2023
附录
单片机程序全部源码：
#include
#include
#define trigPin PB4 * 超声波触发引脚 *
#define echoPin PB5 * 超声波反馈引脚 *
#define servoPin PB6 * 舵机控制引脚 *
#define buzzerPin PB7 * 蜂鸣器控制引脚 *
#define pi 314159
Servo servo * 舵机控制象 *
float limit 10 * 距离限制限制会报警蜂鸣器鸣响 *
void setup() {
servoattach(servoPin) * 舵机控制象添加控制引脚 *
Serialbegin(9600) * 初始化串口模块波特率9600实际应单片机PA10（RX）PA9（TX） *
pinMode(buzzerPin OUTPUT) * 初始化引脚输出模式 *
pinMode(trigPin OUTPUT) * 初始化引脚输出模式 *
pinMode(echoPin INPUT) * 初始化引脚输入模式 *
}
void loop(){
for(int servoAngle 0 servoAngle < 180 servoAngle++) * 零度开始直180度度数延迟50ms舵机提供反应时间 *
{
servowrite(servoAngle)
delay(50)
print(servoAngle)
}
for(int servoAngle 180 servoAngle > 0 servoAngle) * 反转 *
{
servowrite(servoAngle)
delay(50)
print(0servoAngle)
}
}
void print(int servoAngle){
digitalWrite(trigPin LOW) * 拉低超声波触发引脚5us超声波索数 *
delayMicroseconds(5)
digitalWrite(trigPin HIGH) * 拉高10us超声波索数 *
delayMicroseconds(10)
digitalWrite(trigPin LOW)
int duration pulseIn(echoPin HIGH) * 脉宽获取函数 *
int cm (duration2) 291 * 通公式时间推算实际距离 *
if (cm < limit) { * 判断障碍物否限制范围拉高buzzer引脚蜂鸣器报警 *
digitalWrite(buzzerPin HIGH)
} else {
digitalWrite(buzzerPin LOW)
}
Serialprint(servoAngle) * 串口发送数 *
Serialprint()
Serialprintln(cm)
}
位机部分代码：
public Bitmap draw()
{
int x y i
Pen p
g1Clear(bgColor)
pen_radarWidth 1
for (i 2 i < 5 i++)
{
g1DrawArc(pen_radar 50 * i 50 * i width (100 * i) height (100 * i) 0 180)
}
for (i 1 i < 9 i++)
{
x (int)(MathCos(i * 10 * MathPI 180) * (width 2 25 7))
y (int)(MathSin(i * 10 * MathPI 180) * (height 2 25 7))
g1DrawLine(pen_radar width 2 height 2 width 2 + x height 2 y)
g1DrawLine(pen_radar width 2 height 2 width 2 x height 2 y)
}
pen_radarWidth 2
g1DrawLine(pen_radar width 2 height 2 width 2 25)
if (distance < width 100)
{
x (int)(MathCos(angle * MathPI 180) * (distance 2 50))
y (int)(MathSin(angle * MathPI 180) * (distance 2 50))
int t randNext(20) + 10
int t 8
g2FillEllipse(new SolidBrush(ColorFromArgb(80 ColorRed)) (width 2) + x (height 2) y t t)
}
g1DrawImage(dots 0 0 dotsWidth dotsHeight)
for (i 0 i < radarLines i++)
{
x (int)(MathCos(angles[i] * MathPI 180) * (width 2 50))
y (int)(MathSin(angles[i] * MathPI 180) * (height 2 50))
p new Pen(ColorFromArgb(255 (i * 8) + i radar_colorR radar_colorG radar_colorB) 3)
g1DrawLine(p width 2 height 2 width 2 + x height 2 y)
}
g1DrawArc(pen_radar 50 50 width 100 height 100 0 180)
g1DrawLine(pen_radar 25 height 2 width 25 height 2)
g1FillRectangle(new SolidBrush(bgColor) 0 (height 2) + 1 width height 2)
g1DrawString(angleToString() + ° + distance2ToString() + cm new Font(Fira Code 18) new SolidBrush(ColorGreen) 100 100)
return bmp
}
电路原理图：
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