电子基础基于STM32的多通道超声波测距系统设计张彬彬（无锡宙斯物联网股份有限公司，江苏无锡，214100）摘要：针对目前市场上超声波测距大多都是单通道，使用发射和接收的双探头设计，本文介绍了一款基于STM32的多通道、收发一体探头超声波测距系统设计。系统以STM32为主控制芯片，结合超声波发送与接收电路，实时计算四路通道探头与障碍物的距离，并显示在数码管上，同时通过蓝牙进行通讯传输；当距离小于设定的安全距离时，系统发出声音报警，并根据障碍物距离的远近调节报警声音的频率，把距离呈现在显示屏上，真正体现出汽车倒车雷达的实际工作情况。关键词：超声波测距；多通道；收发一体探头；STM321 系统总体设计控制超声波发送电路从选定通道的超声波探头发出40KHz差为t，声速为v，则被测物体的距离为s=v*t/2，其中声速超声波测距系统整体框图如图1所示。本系统以STM32F103C8T6为主控制器芯片，单片机定的谐振频率。R675.6KProbe17710(7DS:100uH~100mH,25.2KHz~2MHz)T140kHz51234POWERY1的脉冲，声波在传输中遇到障碍物时立即返回，超声波接收电路收到回波后转换为电信号。计算出超声波往返时间v=331.3+0.606*T，T为摄氏温度。通过循环切换超声波发送和接收的通道，实现多个通道的超声波测距。本文设计的R7347RR6522K76csgnd2 系统硬件电路设计bQ11S8050R6910KsgndR711KX1电源供应电路、蓝牙通讯模块电路、超声波收发处理电路以路、超声波发射电路及超声波回波信号接收处理电路。■ 2.1 超声波发射电路
本文介绍的超声波测距系统硬件包含单片机控制电路、及声光和数码管显示电路，这里主要介绍通道切换控制电如图2所示，STM32F103C8T6单片机控制从定时器引
图2 超声波发射电路■ 2.2 多通道测量控制电路
脚输出40kHz的方波，经过三极管放大后进入由中周构成的谐振电路，最后从超声波探头发射出去。谐振电路的选频扰信号滤除，保证系统的测量精度和灵敏度。本系统采用的接收声波在传输过程中遇到障碍物后的回波信号。根据谐振频率计算公式可以计算出中周的电感值，使谐振电路获得稳电源模块 的超声波测距，通道切换电路为由74HC4052D构成的模拟PB8相连，输入受单片机控制的40kHz方波脉冲，x1-x4
本系统可以同时连接4个超声波探头，支持4个通道
开关电路，如图3所示。Clkout1与单片机定时器输出引脚分别连接四路超声波发射电路的脉冲输入端以输出脉冲；y1-y4直接与四路超声波探头相连，用以接收超声波的回波信号，A、B分别连接单片机的PB4和PB5引脚，通过控制这两个引脚输出的高低电平信号使能不同的通道。当启动并从对应的探头发送出去；在遇到障碍物后，回波信号又从
波信号接收处理电路。
■ 2.3 超声波回波信号接收处理电路
能力将需要的40kHz的频率保留下来，而将其他无用的干是收发一体的超声波探头，单片机控制从PB8引脚输出6-10个完整的40kHz方波脉冲后即停止脉冲输出，并开始等待
测量时，单片机输出的40kHz脉冲信号输出到指定的通道，
该探头接收，并从Recein1引脚输出到回
超声波回波信号中主要为40kHz的脉
超声波发送 显示、声音报警 通道 控制 回波信号处理 STM32F103C8T6 主控制器 蓝牙通讯、传输 冲信号，同时也夹杂着其他干扰信号，信
号处理电路可以将这些干扰信号滤除，最终将回波信号整理为单片机系统能够接收的信号，同时触发单片机的外部输入中断停止计时，从而计算到超声波从发送到接
温度测量模块 图1 系统整体框图84|电子制作2019年10月
e 电子基础
收全过程的时间差，最终计算出障碍物的距离。3V3C37104sGND3313R63Clkout1第二个下降沿信号将触发单片机外部输入中断并停止计时。
x1x2x3x4y1y2y3y4CSAB12141511152461097U9X0X1X2X3VCC16XVEEGNDY0Y1Y2Y3INHABY3Recein1图5 回波处理电路测试点波形
3 系统软件设计
874HC4052D序、定时器中断服务程序、外部输入中断服务程序、测量通选择通道 系统软件设计采用模块化设计思想，主要包括初始化程
sGND 图3 多通道测量控制电路发射超声波 效的回波信号，滤除其他干扰信号，同时又不降低信号的灵敏度，本文设置了两级滤波电路。滤波电路采用多重反馈带输入引脚PB9相连，如图4所示。
通滤波器，回波信号处理电路的输出直接与单片机外部中断和TP2处的波形如图5所示，由于本系统采用的是超声波收发一体的单探头，40kHz脉冲从探头发送出去的同时也从探头传输到信号处理电路中，因此在发送超声波的同时，信号接收处理电路会立即产生一个下降沿信号；而当超声波遇到障碍物返回，并且探头接收到该回波信号后，信号接收处理电路又会产生第二个下降沿信号，因此从超声波探头发出脉冲到信号接收处理电路输出第二个下降沿信号之间的时间为实际超声波测量时间，对应图中TP2处信号波形的+8VR5710K 1%U8B7NE5532R59C33471 2%R56510 1%R5810K 1%C34104300K 1%由于超声波回波信号比较微弱并含有噪声，为了筛选有
启动接收 Y 是否超时？N N 是否有回波？ Y 测量温度 在超声波发送和接收过程中，回波信号处理电路中TP1
设置最大距离 计算距离 显示、声光报警 切换通道 图6 系统软件流程图3V3TP1R6110KINT1小信号肖特基二极管D41N60(sm\\d_LL34)C35TP2R502.2K47uF/10VC26C29104C311048BBCR54ED21N4148E2SC945PR5133101R1BC28R53102 2%750 1%240K 1%C36681ER6204102150KQ91021K 1%R1A102 2%NE5532104470 1%C471 2%681sGNDsGND图4 超声波回波信号处理电路www�ele169�com|85
（下转第92页）ERecein1C24R49C25R52sGNDC2721C30R55C326B100KBCQ102SC945P3U8A5R60C小信号肖特基二极管D31N60(sm\\d_LL34)实验研究时候调整工作结束。有类似性，因为其本身存在着特殊性，所以在部分条件满足方面要求更加的苛刻。在实践中真正的发挥超级电容器的现实利用价值，必须要保证其稳定的运行状态，而其状态的稳定与电路有显著的关系，所以基于电路的具体需要做好电路结构以及充放电系统的相关设计工作，才能使充放电系统在现实控制中的效果会更加的突出。超级电容器的储能系统充放电虽然和一般的电容器具芯片的具体工作状态进行分析发现其主要有两方面因素影变，芯片的准确控制目标可以实现。利用A/D转换模块，响，即地址选择控制字和转换控制字。对相应的程序进行噶超级电容器装置的电量可以得到间接的显示，此时通过相应程序的改变可以实现最低放电电压的设置。当电压比预设值中具体设备元件的状态以及运行控制特点，这对于超级电容做好系统结构分析与设计，对具体设备的现实利用做调整和优化，储能系统控制放电的现实效果会更加的突出。对超级电容其交流放电的特性分析，了解交流放电过程低的时候，放电开关会被自动切断，这样可以实现过放保护。器储能系统的充放电控制设计以及控制实施有重要的意义，3 超级电容器交流放电特性分析极的添加逆变模块，这样，稳定的交流电输出可以得到保证。从现实分析来看，利用单片机进行控制，并借助逆变A/D转换模块可以实现超级电容器直流电向交流电的转换，并实现所有含电量的可视化显示。
在某些交流用电场合，为了实现充放电的控制，需要积4 结束语下部分：单项全桥逆变电路、驱动电路、LC滤波电路。就具体的模块组成部分功能分析来看，驱动电路的主要利用是为了实现单片机端口输出信号的放大，从而保证逆变电路当
对现阶段利用的逆变模快做分析可知其主要包括了以
的广泛，尤其是随着电动汽车以及其他电子产品的广泛利用，如果储能系统的充放电能够保证平稳，其在现实中的积极作用发挥会更加显著，对储能系统的充放电做综合性控制电特性做了具体的分析，并就储能系统稳定运行的电路构造提供参考，保证超级电容器的现实利用价值。
参考文献 综上所述，超级电容器在目前的社会生活中利用十分
现实意义显著。文章对超级电容器的储能系统充电特性和放等进行研究，目的是为储能系统充放电控制策略的具体实施
中MOS管的顺利导通。LC滤波电路的应用主要目的是做数器进行控制。借助计数器可以实现对采样频率和波形周期的控制，可以利用中断溢出的方式进行编程。
当作为A/D转换器使用的时候，该芯片可以实现0—5V模拟量的输入，该输入量会对应出255—0的数字量输出。对
（上接第85页）
多余的谐波滤除，交流波形的输出会更加的理想。在实践中，MOS管通断所需要的PWM信号的生成主要由单片机的计
在充放电的过程中，A/D转换模块需要利用芯片结构，
＊ [1]佚名.使用自动启动/停止系统来控制车辆中的超级电容器＊ [2]李方辉,于海生.光伏超级电容储能系统充放电的哈密顿控制[J].青岛大学学报(工程技术版),2018,33(2):12-16.充放电的系统和方法:,CN106351750A[P].2017.
道控制程序、温度测量程序、显示与声光报警程序、蓝牙通讯程序等。
接收，并根据传输时间差计算距离，每个通道的实现方式完全一致，一个通道完成后切换到另一个通道，并依此循环。每个通道的实现过程为：启动距离测量时，定时器中断服务程序通过单片机的PB8引脚输出6-10个频率为40kHz的脉冲信号，同时启动计时，经过一段时间的延时后，使能PB9引脚的外部输入中断，当回波信号接收处理电路接收到回波信号时，产生的下降沿信号便触发PB9引脚的外部温度并进行距离计算，系统软件流程图如图6所示。输入中断，在外部输入中断服务程序中停止计时，获取环境
系统软件的主体部分为各个通道超声波信号的发送与
4 结语
简单，经济可靠，温度测量和高放大倍数高Q值的滤波放大
本文设计的基于STM32的多通道超声波测距系统结构
电路保证了测量精度，可实时检测与障碍物的距离，并能监测到多个方位的障碍物情况，实现了汽车倒车雷达的功能。
参考文献＊ [1]张和生,宋明耀.提高超声测距精度的设计[J].电子产品世界, ＊ [2]张新.一种倒车防撞预警系统电路设计[J].中国科技信息, ＊ [3]韩韧,金永威,王强.基于STM32和超声波测距的倒车雷达预警系统设计[J].传感器与微系统,2016,35(4):63-66.2018, No.587(15):73-74.2004(7A):87-.
92|电子制作2019年10月
