湖北民族学院信息工程系课程设计报告书题目: 基于nrf24l01的超声波测距系统课程：单片机课程设计专业：电子信息班级： 03114学号： 03114学生姓名：指导教师：2014年5月3日信息工程学院课程设计任务书学号 03114 学生姓名专业（班级）电子信息设计题目基于nrf24l01的超声波测距系统设计技术参数STM32F103VET6单片机,vcc 5v 、 72mhz 、spi端口、lcd显示屏Hcsr04模块 nrf24l01设计要求通过超声波测距磨块测量小于4米的距离，测量精度0.5cm。
并且通过无线传输模块实现数据的无线通信。
工作量5000字工作计划前期完成资料的选取阶段，后期进行技术分析然后进行程序的编写和代码的相关调试；最后对系统进行完善整理资料编写报告。
参考资料电子技术基础（数字部分），康华光主编，高等教育出版社电子技术基础（模拟部分），康华光主编，高等教育出版社李士雄，丁康源主编，数字集成电子技术教程，高等教育出版社周良权方向乔编《数字电子技术基础》高等教育出版社陈小虎主编《电工电子技术》高等教育出版社李朝青，刘艳玲单片机原理及接口技术（第4版）北京航空航天大学出版社指导教师签字教研室主任签字2014年5月3日信息工程系课程设计成绩评定表学生姓名：学号：03 专业（班级）：电子信息课程设计题目：基于nrf24l01的超声波测距系统成绩：指导教师：年月日摘要本系统是基于无线通信模块的一个超声波测距系统具有4米范围内的有效距离测量。
采用nrf24l01无线通信模块可在2米的范围内实现有效通信科信控制部件采用stm32f103vet6单片机可实现高速转换便于实时距离转换测试。
Hcsr04超声波测距系统实现精度0.5cm的距离测量关键词：nrf24l01、m3、Hcsr04。
1 任务提出与方案论证 (7)1.1 简介 (7)2 总体设计 (9)2.1模块组成简介 (9)2.2 nrf24l01无线通信模块 (10)2.3相关原理图 (11)2.4 超声波测距模块 (12)参考文献 (15)1 任务提出与方案论证1.1 简介超声波测距仪主要是通过声速来测量的，肉眼看不见射出的线。
装置上有设置瞄点装置，只要把仪器对准要测量的目标，就会出现一点在测距仪的显示屏幕上。
超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，所以经常用超声波来测量距离，如测距仪和物体测量仪，超声波测距仪装置上有设置瞄点装置，只要把仪器对准要测量的目标，就会出现一点在测距仪的显示屏幕上，主要是通过声速来测量的，肉眼看不见射出的线。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 。
这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
超声波测距仪由超声波发生电路、超声波接收放大电路、计数和显示电路组成。
超声波发生电路为超声波发生电路。
双定时器EN556(U2b)组成单稳态触发器。
R6和C6构成微分电路，其作用是：当按键S2按下时，低电平变成正负尖顶脉冲，经过VD1得到负尖顶脉冲，触发单稳态触发器翻转。
单稳态翻转输出的高电平持续约1 ms，即tw≈1．1R5C5≈1 ms。
EN556(U2n)组成多谐振荡器，接地电阻测试仪振荡频率f1=1/T1≈1/{0．7[(R1+R2)+2(R3+R4)]C3≈40 kHz。
该振荡器振荡受单稳态触发器输出电平控制。
当单稳态触发器输出高电平时，多谐振荡器产生振荡，EN556的引脚5输出约40个频率为40 kHz、占空比约50%的矩形脉冲。
考虑到多谐振荡器起振阶段不稳定，因此设计输m脉冲数较多。
若输出脉冲数太少，则发射强度小，测量距离短。
但脉冲数过多，发射持续时间长，在距离被测物较近时，脉冲串尚未发射完，这样导致先发射出的脉冲产生的回波将到达接收端，影响测距结果，造成测距盲区增大。
(U1)的U1a~U1e组成超声波脉冲驱动电路，可提高驱动超声波发送传感器的脉冲电压幅值，有效进行电/声转换，增强发射超声波的能力，增大测量距离。
40 kHz脉冲串的一路经U1a反相，再经由U1b和U1e并联的反相器反相；其另一路经南U1c和U1d并联的反相器反相。
超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。
在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。
超声测距大致有以下方法：①取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅值基本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，故被测距离为 S=1／2vt。
本测量电路采用第二种方案。
由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。
如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
超声波仿真采用AT89C52，实际运用AT89S52单片机,晶振:11.0592M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40KHZ方波信号,利用外中断1口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用74HC245,位码用三极管驱动。
超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，则有340m×0.03S=10.2m。
由于在这10.2m的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离，超声波测距器的系统框图如下图所示：2 总体设计2.1模块组成简介超声波实物用的是STM32系列的单片机,晶振:8M倍频后可以达到72M,单片机用PE0以及PE4口输出超声波换能器所需的40KHZ方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用相匹配的TFT屏幕,STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。
该系列芯片按片内Flash 的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K 和512K）。
芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。
从32K到512K 字节的闪存程序存储器（STM32F103XXXX中的第二个X表示FLASH容量，其中：“4”=16K，“6”=32K，“8”=64K，B=128K，C=256K，D=384K，E=512K）--最大64K字节的SRAM。
因为STM32 内部没有集成专用的液晶屏和触摸屏的控制接口，所以在显示面板中应自带含有这些驱动芯片的驱动电路(液晶屏和触摸屏的驱动电路是独立的)，STM32 芯片通过驱动芯片来控制液晶屏和触摸屏。
它使用 ILI9341 芯片控制液晶屏，通过 TSC2046 芯片控制触摸屏。
主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。
采用STM32来实现对CX20106A红外接收芯片和T40-16系列超声波转换模块的控制。
采用hcsr04超声波测距模块进行距离的测量。
控制口发一个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,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了。
模块工作原理：(1)采用 IO 触发测距，给至少10us 的高电平信号;(2)模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO 输出一高电平，高电平持续的时间就是(4)超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;2.2 nrf24l01无线通信模块nRF24L01是由NORDIC 生产的工作在2.4GHz~2.5GHz 的ISM 频段的单片无线收发器芯片。
无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst ”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。
当工作在发射模式下发射功率为0dBm 时电流消耗为11.3mA ，接收模式时为12.3mA ，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。
性能参数小体积，QFN20 4x4mm 封装。
宽电压工作范围，1.9V~3.6V ，输入引脚可承受5V 电压输入；工作温度范围，-40℃～+80℃；工作频率范围，2.400GHz ～2.525GHz 。
；发射功率可选择为0dBm 、-6dBm 、-12dBm 和-18dBm ；数据传输速率支持1Mbps 、超声波模块 通信模块M3单片机LCD通信模块M3单片机LCD2Mbps；低功耗设计，接收时工作电流12.3mA，0dBm功率发射时11.3mA，掉电模式时仅为900nA，126个通讯通道，6个数据通道，满足多点通讯和调频需要。
增强型“ShockBurst”工作模式，硬件的CRC校验和点对多点的地址控制， 4线SPI通讯端口，通讯速率最高可达8Mbps，适合与各种MCU连接，编程简单；可通过软件设置工作频率、通讯地址、传输速率和数据包长度；MCU可通过IRQ引脚快判断是否完成数据接收和数据发送。
2.3相关原理图电路原理引脚定义接线图2.2.1主要技术参数：1：使用电压：DC5V 2：静态电流：小于2mA3：电平输出：高5V 4：电平输出：底0V5：感应角度：不大于15度 6：探测距离：2cm-450cm7:高精度：可达0.3cm板上接线方式，VCC、trig（控制端）、 echo（接收端）、 out（空脚）、 GND 注： TRIP引脚是内部上拉10K的电阻，用单片机的IO口拉低TRIP引脚，然后给一个10us以上的脉冲信号。
OUT脚为此模块作为防盗模块时的开关量输出脚，测距模块不用此脚！2.2.2ＵＲＦ０４模块工作原理：(1)采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号;(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;本产品使用方法简单,一个控制口发一个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,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了~~模块工作原理：(1)采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号;(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;2.2.3相关原理时序图3 总结经运行表明，本电路可以实现将将距离实时的精确地测量出来，。