【分享】2025智能工程学院胡晶文&李玉淼&付子涵超声波测.....

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基于迪文屏与单片机的超声波测距仪
作品简介
超声波传感器的测距原理与信号处理方法，实现精准距离测量。迪文屏的亮度调节组态设计与单片机控制逻辑，实现屏幕亮度的手动或自动调节。完成距离检测与LED报警功能的联动，当测量距离小于设定阈值时触发LED灯闪烁报警。单片机与迪文屏的串口通信协议，实现测量数据、设备状态的实时交互与显示。构建集测距、显示、亮度调节、报警于一体的完整嵌入式系统，提升综合项目开发能力。
工作原理
一）超声波测距原理
超声波传感器（如HC-SR04）通过发射端发出40kHz超声波，声波遇到障碍物后反射回接收端，单片机通过计算声波往返时间差，结合超声波在空气中的传播速度（约343m/s），利用公式“距离=（声速×往返时间）/2”计算出实际距离。单片机通过GPIO口向传感器Trig引脚发送至少10μs的高电平触发信号，传感器自动发射8个40kHz脉冲，同时Echo引脚由低电平变为高电平；当接收端检测到反射波后，Echo引脚恢复低电平，单片机通过定时器捕获Echo引脚的高电平持续时间，进而换算出距离。
（二）迪文屏亮度调节原理
迪文屏支持通过寄存器指令控制背光亮度，单片机通过串口向迪文屏发送指定地址的亮度控制指令（如0x00~0xFF对应亮度等级），迪文屏接收指令后调整背光驱动电路的电流，实现亮度的线性调节。同时在迪文屏组态界面设计亮度调节滑块或按键，用户操作时屏幕向单片机发送亮度参数，单片机转发指令完成调节，形成双向交互。
（三）距离报警原理
单片机将计算得到的距离值与预设阈值（如10cm）进行比较，当测量距离小于阈值时，控制指定GPIO口输出高低电平交替信号，驱动LED灯闪烁；当距离大于等于阈值时，GPIO口输出低电平，LED灯熄灭。同时单片机将报警状态发送至迪文屏，屏幕通过文本或图标提示用户“距离过近”。
设计思路
硬件连接
1. 超声波传感器接线：VCC接5V电源，GND接系统地，Trig引脚接单片机PA0，Echo引脚接单片机PA1。
2. 迪文屏接线：屏幕VCC接5V，GND接系统地，RX接单片机USART1_TX（PA9），TX接单片机USART1_RX（PA10），实现串口通信。
3. LED灯接线：LED正极通过1kΩ限流电阻接单片机PB0，负极接系统地。
4. 电源接线：所有模块统一接入5V直流电源，确保共地，避免信号干扰。
软件设计
1. 迪文屏组态设计：打开DGUS组态软件，新建工程匹配屏幕型号。设计主界面，包含距离显示文本框（关联距离变量地址）、亮度调节滑块（关联亮度参数地址）、报警状态提示图标；设置滑块控件属性，将滑动范围映射为0~255的亮度值，点击滑块时向单片机发送对应参数。
2. 单片机程序编写：
（1）初始化配置：配置USART1串口（波特率9600bps）用于与迪文屏通信；配置PA0为输出模式（触发超声波）、PA1为输入模式（接收反射信号）；配置PB0为输出模式（控制LED）；初始化定时器用于捕获Echo引脚高电平时间。
（2）测距函数：向Trig引脚发送10μs高电平，启动定时器，检测Echo引脚电平变化，当Echo变为低电平时停止定时器，计算时间差并换算为距离，保留两位小数。
（3）亮度调节函数：接收迪文屏发送的亮度参数，通过串口指令反馈至迪文屏，控制屏幕背光亮度；同时可在程序中设置自动亮度调节逻辑（如根据环境光传感器数据，本次实验以手动调节为主）。
（4）报警控制函数：将测量距离与阈值（10cm）比较，小于阈值时，PB0引脚输出500ms周期的高低电平，LED闪烁；大于等于阈值时，PB0输出低电平，LED熄灭，同时更新迪文屏报警状态。
（5）数据交互函数：将测量距离、亮度值、报警状态通过串口发送至迪文屏，实现实时显示。
系统调试
1. 基础功能测试：烧录程序并下载组态文件，接通电源，移动障碍物改变与超声波传感器的距离，观察迪文屏是否准确显示距离数据，误差控制在±0.5cm内。
2. 亮度调节测试：滑动迪文屏亮度滑块，观察屏幕亮度是否线性变化，同时检查单片机是否正确接收并反馈亮度参数。
3. 报警功能测试：将障碍物靠近传感器至距离小于10cm，观察LED是否按500ms周期闪烁，迪文屏是否显示“距离过近”报警提示；远离障碍物后，确认LED熄灭、报警提示消失。
4. 稳定性测试：连续运行系统30分钟，检测距离测量精度、屏幕显示稳定性、LED报警响应及时性，排查串口通信丢包、定时器计时误差等问题。