2024年4月19日发(作者：mini2平板参数尺寸)

—　囊。　ｊ　：　ＩＥＮＧＥ　ＥＸＣＨＡＮＧＥ　经验交流　■　

超声测距模块ＨＣ—ＳＲ０４的超声波测距仪设计　

李军，申俊泽　

（东北石油大学计算机与信息技术学院嵌入式实验室，大庆１６３３１８）　

现的。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间　

引　言　

随着国民经济的迅速发展，超声波在机械制造、石油　

化工、航空航天等领域发挥着越来越重要的作用。　

为ｔ，超声波在空气中的传播速度为ｃ，则从传感器到目标　

物体的距离Ｄ可用下式求出：　

Ｄ：Ｃ・ｔ／２　

超声波测距作为一种非接触式距离测量方法，具有不　

受外界光及电磁场等因素影响的优点，实现电路简单，成　

超声波测距模块ＨＣ—ＳＲ０４可提供２～４００　ｃｍ的非　

接触式距离感测功能，测距精度　

可高达３　ｍｉｌｌ。模块包括超声波　

发器、接收器与控制电路。图２　

为ＨＣ—ＳＲ０４的引脚图。　

各引脚功能如下：　

①ＶＣＣ是５　Ｖ电源，ＧＮＤ为地。　

图２　ＨＣ—ＳＲ０４引脚图　

本低；同时，还具有易于定向发射、方向性好、对人体伤害　

小等特点。上述优势使得与超声波测距领域相关的仪器　

设备在数据处理、检测性能和工程设计系统化等方面有了　

更大的发展空间。　

１　总体设计　

本系统利用三星公司的￥３Ｃ２４１ｏ及超声波测距模块　

ＨＣ—ＳＲ０４构造了一个嵌入式系统平台。整个系统由３　

部分组成：底层硬件平台、系统软件层和应用软件层。系　

统硬件结构如图１所示。　

ＨＣ．ＳＲ０４　

②ＴＲＩＧ是触发测距引脚，给至少１Ｏ　ｓ的高电平　

信号。　

③ＥＣＨＯ是信号接收引脚。有信号返回时，通过Ｉ／Ｏ　

口ＥＣＨＯ输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声　

波从发射到返回的时间。　

障　匝　碍　

物　

Ｓ处理器　显示屏　３Ｃ２４１０　ＬＣＤ　

３　软件设计　

在软件开发之前，首先要完成软件开发环境的搭建，　

接下来最重要的工作就是设备驱动程序的开发。当软件　

系统底层的程序完成之后，就可以着手上层的与设备无关　

的应用程序。最后就是系统的图形界面的设计，并将应用　

程序烧写到￥３Ｃ２４１０开发板上。　

图１　系统硬件结构图　

超声波测距仪的软件层由驱动及应用程序组成。其　

中，应用程序包括数据采集程序及图形用户界面；而驱动　

程序的设计是本系统的重点。　

３．１　系统开发环境的建立　

（１）交叉编译环境的建立　

２　硬件设计　

２．１￥３Ｃ２４１　Ｏ处理器　

￥３Ｃ２４１０处理器是三星公司的一款基于ＡＲＭ９２０Ｔ　

交叉编译是嵌人式开发过程中的一项重要技术，是编　

译技术发展过程中的一个重要分支。本系统采用的交叉　

编译器是ｃｒｏｓｓ一３．３．２．ｔａｒ．ｂｚ２。安装此编译器只需要在　

／ｕｓｒ／ｌｏｃａｌ目录下建一个ａｒｍ的目录，将ｃｒｏｓｓ一３．３．２．ｔａｒ．　

ｂｚ２拷贝到ａｒｍ目录下，然后进入该目录进行解压，并设　

内核的１６／３２位ＲＩＳＣ嵌人式微处理器。ＡＲＭ９２０Ｔ由　

ＡＲＭ９ＴＤＭＩ、存储管理单元（ＭＭｕ）和高速缓存３部分组　

成，主频可达２００　ＭＨｚ；外围硬件资源包括６４　ＭＢ　

ＳＤＲＡＭ、６４　ＭＢ　ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ、２个五线异步串行口、１个　

１０Ｍ网口及用户扩展口等。本系统利用开发板提供的　

置相应的环境变量。　

（２）Ｑｔ／Ｅｍｂｅｄｄｅｄ和Ｑｔｏｐｉａ开发环境的建立　

建立Ｑｔ／Ｅｍｂｅｄｄｅｄ和Ｑｔｏｐｉａ开发环境的具体步骤如　

ＧＰＩＯ扩展资源，实现对超声波测距模块ＨＣ—ＳＲ０４的数　

据采集及控制，同时在ＬＣＤ屏上显示精确的距离数值。　

下：首先，下载ｔｍａｋｅ、Ｑｔ／Ｅｍｂｅｄｄｅｄ、Ｑｔｏｐｉａ的源码包，注　

意版本之间的向后兼容性；其次，把这３个源码包分别解　

压到不同的目录下；最后，编辑／ｅｔｃ／ｂａｓｈｒｃ文件，设置环　

境变量，并利用交叉编译器编译Ｑｔ／Ｅｍｂｅｄｄｅｄ。　

２．２超声波测距模块　

超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时问法来实　

ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ（投稿专用）　２０１　１年第１０期　卑　机　嵌入式彖碗应国　７７　

匡甄ａｌ，ＥＸＰＥＲｔＥＮＧＥ　ＥＸＣＨＡＮＧＥ　算ｊ童　

３．２超声波测距模块程序设计　

超声波测距模块程序由驱动及应用程序组成。应用　

程序传送给超声波测距模块驱动控制参数，具体测距由驱　

动程序完成。存用户态应用程序中读取超声波设备，可获　

得所需的信息。　

Ｉ　ｉｎｕｘ系统访问设备就像访问文件一样。字符设备　

使用ｓｔｒｕｃｔ　ｆｉｌｅ—ｏｐｅｒａｔｉｏｎ结构来定义没备的各种操作集　

合，结构中的各个函数分别响应同名或类似名称的系统调　

Ｏ１　

Ｏ２　

Ｏ３　

Ｏ４　

定性，测试了１２组数据，并对测距结果与实际距离进行了　

比较。距离测试结果如表１所列。　

表１距离测试结果　

序　号　测试距离　

２　

２　

１１　

５Ｏ　

ｃｍ　

实际距离　

１　

２　

１Ｏ　

５Ｏ　

Ｏ５　

０６　

Ｏ７　

Ｏ８　

０９　

１Ｏ　

１１　

１２　

１０２　

ｌ５２　

２Ｏ２　

２５３　

３Ｏ３　

３５２　

４０２　

４Ｏ２　

１ＯＯ　

１５Ｏ　

２００　

２５Ｏ　

３ＯＯ　

３５０　

４Ｏ０　

５００　

州。它是操作外设的函数接口，又称设备驱动程序接口。　

编写宁符设备驱动程序，主要实现ｓｔｒｕｅｔ　ｆｉｌｅ—ｏｐｅｒａｔｉｏｎ结　

构中的各个函数。　然，驱动程序并不是要实现所有的这　

些函数，可以根据实际设备需要实现必要的函数。超声波　

传感器设备驱动中定义的数据结构为：　

ｓｌａｌｉｅ　ｓｔｒｕｃｔ　ｆｉｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　ｇｐｉｏ

ｆｏｐｓ一｛　

．

ｏｗｒｌｅｒ—

ｏｐｅｎ　

ＴＨＩＳ　Ｍ（｝ＤＵＩ　Ｅ，　

ｇｐｉｏ

ｏｐｅｎ，　

．

由实验数据可知，该超声波测距器的盲区（超声波传　

感器检测到墙壁的最近距离）为２　ｅｆｎ；而最远测量距离为　

．

ｒｅａｄ＝：ｇｐｉｏｒｅａｄ，　

ｒｅｌｅａｓｅ—ｇｐｉｏ　ｒｅｌｅａｓｅ，　

．

４００　ｃｍ。电路程序设计时，为了避免超声波从发射器直接　

传送到接收器引起的直射波触发，延时约为０．１　ｍｓ，所以　

超声波测距器会有一个最小可测距离。而由于超声波在　

数ｇｐｌ’ｏ—ｉｎｉｔ用于初始化ＧＰＩＯ　

没备。函数ｇｐｉ０　ｓｅｔｕｐ—ｃｄｅｖ创建并　

传播过程中会产生衰减且发射功率有限，导致远距离回波　

很难检测到，所以会有一个最远测量距离。另外，通过温　

注册字符设备，动态分配设备号。函　

数ｇｐｉｏ—ｏｐｅｎ用于打开并配置为输入　

度补偿可以提高测量精度。　

口。函数ｇｐｉｏ　ｒｅａｄ用于读取超声波　

测距模块输出的距离数据。函数　

ｇｐｉｏ　ｒｅｌｅａｓｅ用于关闭ＧＰＩＯ设备。　

超声波测距系统的应用程序主　

要由测距程序、超声波发生子程序、　

５　结　论　

利用超声波测距原理，系统在￥３Ｃ２４１０＋Ｌｉｎｕｘ的平　

台上，实现了自动测距和实时显示功能。该系统所有运　

算、处理、显示都实现数字化；操作简单，使用方便，测量速　

度快、准确，结果显示直观；体积小，携带方便，适用于各种　

水文液位测量、障碍物的识别以及车辆自动导航等领域，　

具有良好的应用前景。●鬣　

参考文献　

［１］石秀民．嵌入式系统原理与应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大　

学出版社，２００７．　

Ｅ２］工宜怀．嵌人式技术基础与实践［Ｍ］．北京：清华大学出版　

社，２００９．　

［３］优龙科技发展公司．ＹＬＰ２４１０使用手册，２００７．　

［４］宋宝华．Ｌｉｎｕｘ设备驱动开发详解［Ｍ］．北京：人民邮电出版　

社，２００８．　

［５］欧文盛．ＡＲＭ嵌入式Ｌｉｎｕｘ应用实例开发［Ｍ］．北京：中国　

电力出版社，２００８．　

［６３　Ｘｔｅａｍ（中国）软件技术有限公司．Ｑｔ程序设计［Ｍ　．北京：清　

４超声波测距仪数据测量结果　

在系统设计并实现后，为了验证测距仪的准确性与稳　

７　８　Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ＆Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　

华大学出版社，２００２．　

（收稿日期：２０１１　０６　１　５）　

２０　１　７年第１０期　

Ｗｗｗ．ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｒｎ．ｃｎ