论文总字数：23646字

摘 要

超声波是一种方向性好，穿透能力强的高频波。它的能量易于集中，在任意介质中都可传播比较远的距离。由于它的高可靠性和非接触性，在测距方面应用非常广泛。

本文主要研究了以STM32微控制器为核心的超声波测距仪的设计和实现过程。本系统可实现0.1m~1.5m范围内距离的精确测量（误差小于2cm），并根据距离远近使用不同声音对用户进行提醒。

本系统软件部分以IAR为开发平台，使用ST公司3.5.0版本STM32固件函数库编写完成。硬件部分除STM32微控制器外，包括超声波测距模块、温度测量模块、数据显示模块以及声音警告模块，并绘制了相应的PCB版图。

实验结果显示，本系统可在液晶显示屏上清晰地显示测量结果，且测距的绝对误差在0.6cm附近，精度指标均低于任务书要求的2cm误差，达到了设计要求。

关键词：STM32单片机 超声波测距模块 液晶显示 温度测量

The Design of Ultrasonic Distance Detector Base on STM32

Abstract

Ultrasound is a good direction, strong penetration of high-frequency waves. It's easy to focus on energy; in any medium can be spread relatively far distance. For high reliability, non-contact, the system can be applied in very wide ranges.

This paper studies the design and implementation process to STM32 microcontroller as the core of the ultrasonic range finder. The system can be achieved within the range of 0.1m ~ 1.5m accurate measurement of the distance (less than 2cm), and distance using different sounds depending on the distance to remind the user.

The software was developed under IAR development platform (ver 3.5.0) with STM32 firmware library provided by STMicroelectronics, while the STM32 microcontrollers was used as core micro-controller, as well as US-100 ultrasonic distance detector module, DS18B20 temperature measurement module, data and voice alarm module, etc.

Experiment results indicated that the measurement data can be clearly displayed on the LCD screen, and the error was about 0.6cm, reached the design requirement.

Key Words: STM32; Ultrasonic ranging module; LCD; Temperature compensation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 课题研究的发展状况 2

1.3 课题研究内容及章节安排 2

第二章 超声波测距系统的总体方案设计 4

2.1 设计方案论证 4

2.1.1 超声波测距模块 4

2.1.2 单片机芯片 4

2.1.3 测温模块 5

2.1.4 显示模块 6

2.2 总体方案 6

第三章 硬件电路设计 8

3.1 STM32处理器 8

3.1.1 通用I/O端口 9

3.1.2 通用同步异步收发器（USART） 10

3.1.3 嵌套向量中断控制器(NVIC) 11

3.2 超声波测距模块 12

3.1 报警模块 13

3.2 电源电路 13

3.3 复位电路 14

3.4 显示模块 14

第四章 软件设计 15

4.1 IAR 开发平台 16

4.2 STM32的固件函数库 17

4.2.1 固件函数库文件 17

4.2.2 外设的初始化和配置 18

4.3 系统的结构与实现 19

4.3.1 系统流程及介绍 20

4.3.2 串口工作 21

4.3.3 定时器工作 23

4.3.4 显示模块 25

第五章 系统调试与分析 27

5.1 下载与调试 27

5.1.1 下载电路 27

5.1.2 系统的调试 27

5.2 误差分析 28

第六章 总结 31

参考文献 32

致谢 35

附录一 36

附录二 34

第一章 绪论

课题研究的背景及意义

随着当今计算机技术、电子自动化技术的快速发展，越来越多的科技成果已广泛应用到人们的日常生活中，并给我们的生活提供了很多方便。本次课题研究就是本着这个宗旨出发，利用超声波的特性来进行距离的检测，更好的为我们服务。

超声波的一个主要特点就是振动频率高，一般是20KHz以上，而我们人类的耳朵所能听到的声音频率最高是20KHz，所以我们无法察觉到超声波。它的波长很短、绕射现象比较小、方向性也很好，同时还可以为反射线提供定向传播，应用灵活，是一种能量消耗慢且指向性超强的波。超声波传感器的工作的实质就是实现电压和超声波的互相转换，超声波测距系统成本低、电路容易实现、运行速度快，在工业制造方面应用广泛。

超声波可以用于测距，是一种非接触式的测量技术。与同样应用于非接触式测量的电磁波或者光学技术相比，超声波测距一个很好的优点就是不会因为光线或被测物体的颜色而影响测距结果，并且当被测物体处在一个光线很暗、有大量灰尘或雾霾、存在较强的电磁干扰的环境下时仍可以进行测量，当然也会有些许小误差。我们目前的非接触测量方式有微波雷达测距、激光测距、红外线测距、超声波测距等。但激光和雷达测距仪造价偏高，需要较高的研究技术，在军工业方面用的多。红外线测量距离太短，不太适合广泛地普及应用。与这些方法相比，超声波测距法具有绝对的优势。而且超声波应用于测距的技术难度不是很高，制作成本低，非常适合在人类的日常生活进行普及。

如今，超声波在工业制造上运用十分广泛，尤其是测距与识别问题变得十分重要。例如，传统的接触式测量仪器在测量时，对水平事物的测量还算到位，但测量一个立体事物时操作起来比较麻烦且测量不准确，并且浪费了大量的人力和时间在这种测量上。比如在工件自动化装配、检测、分类、加工与运输等过程中如果需要进行识别，这就必须对工件的位置、形状、姿势、种类自动地进行判别。存在这种复杂与困难的问题，因此人们急切需要各种非接触式的测距仪^[1]。

课题研究的发展状况

人类首次接触到超声波是在19世纪70年代法兰西斯·高尔顿进行的气哨实验，产生了高频的声波，而我国是在1956年开始超声波方面的研究。但是现在在我国，超声波已经普遍应用在我们生活的各个方面，更骄傲的是其中一些技术项目已经达到国际先进水平，促进了时代的发展^[4]。

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