【分享】2021级+刘政溆+接近报警：HC-SRO4超声波传感器

阿溆

2021级+刘政溆+接近报警：HC-SRO4超声波传感器

一、作品功能介绍

距离测量准确：利用 HC - SR04 超声波传感器能准确测量与被测物体间的距离，在有效测量距离内（一般 2cm 至 400cm），测量误差可控制在合理范围（如 ±5%），且在不同环境条件（温度、湿度等有一定变化时）下能尽量维持精度。

接近报警功能实现：可设定接近距离阈值，当被测物体与传感器距离小于阈值时，系统能及时、可靠地触发报警信号。报警方式为声光报警，如点亮 LED 灯、驱动蜂鸣器发声，也可向外部设备发送报警提示信息。

二、工作原理

超声波发射：当外部给 HC - SR04 的触发引脚（TRIG）一个至少 10μS 的高电平触发信号时，传感器内部的发射电路会产生并发射出 8 个频率为 40KHz 的超声波脉冲。其超声波发射部分的压电陶瓷振子在高频电压作用下产生机械振动，驱动电路为其提供能量和合适电信号，确保发射稳定。

·超声波接收：发射的超声波遇到障碍物反射回来后，传感器的接收部分接收这些信号。接收部分的压电陶瓷振子将反射的超声波机械振动转换为电信号，由于接收到的信号微弱，经放大电路放大、滤波电路滤除噪声干扰后，通过 ECHO 引脚输出。

·距离计算：从发射超声波到接收到反射波期间，ECHO 引脚输出高电平信号，其持续时间与超声波往返时间成正比。结合声波在空气中的传播速度（常温下约 343m/s），利用公式距离 =（高电平时间 * 声速）/2 计算出物体与传感器之间的距离。

·接近报警判断：根据实际需求设定接近距离阈值，当计算出的距离小于该阈值时，系统判断为物体接近，从而触发报警信号。

三、设计思路

·  硬件设计方面

传感器模块：选用 HC - SR04 超声波传感器作为核心距离检测部件，其 4 个引脚（VCC 接 5V 电源正极、GND 接地、TRIG 为触发引脚、ECHO 为回响引脚）按定义正确连接到系统电路，确保供电稳定和引脚连接无误，使其正常发射和接收超声波。

报警模块：采用 5V 有源蜂鸣器作为报警器件，一端连接微控制器数字输出引脚，另一端接地。当微控制器判断物体接近达到设定阈值时，控制相应引脚输出高电平驱动蜂鸣器发声。

电源模块：可选用 5V 直流电源适配器，保证输出电压稳定且电流满足系统各模块工作需求；若用锂电池组，则需搭配电池管理电路，防止过充、过放等情况。

·  软件设计方面

一次开发：进行keil素材、GUI 工程设计等工作，涉及系统的人机交互界面相关设计。

二次开发：基于 C51 工程设计，在代码中进行了一系列初始化和功能实现操作。如在 timel_init 函数中对定时器 0 进行初始化设置，包括定时器方式选择、中断使能等；

四、GUI 的设计

可以设计一个较为简洁的界面，包含以下几个主要元素：

距离显示区域：用于实时展示超声波传感器测量到的距离数值，比如用一个图标显示组件来显示文本信息，类似 “当前距离：XX 厘米”。

开始测量按钮：点击这个按钮触发一次距离测量操作，使用数控组件实现。

视频链接https://www.bilibili.com/video/BV114reYmEMc/