本实用新型属于测距技术领域，具体说，涉及一种基于超声波的距离控制系统。
背景技术：
超声波能量消耗缓慢、指向性强，在介质中传播较远，因此经常使用。使用超声波检测往往更快速、方便。超声波测距系统具有广泛的实际应用，超声波测距系统广泛应用于生活，军事和其他领域，如建筑施工单位的距离测量、汽车倒车雷达、潜艇超声波探头定位系统。
现有超声波测距系统，一般具有电路复杂，调试困难，成本较高，测量精度低，可靠性差等技术缺陷，有待进一步改进。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种成本低廉、质量可靠、测量精度高，电路实现简单、稳定可靠的基于超声波的距离控制系统。
本实用新型提供了一种基于超声波的距离控制系统，包括单片机、超声波发射模块、超声波接收模块、温度补偿模块、液晶显示模块及步进电机；单片机与超声波发射模块、超声波接收模块、温度补偿模块、液晶显示模块及步进电机电连接；
超声波发射模块用于向某一方向发射超声波；
超声波接收模块用于接收遇到障碍物返回的超声波；
单片机用于在所述超声波发射模块发射超声波信号时，打开定时器计时，在所述超声波接收模块接收到超声波信号时，停止计时并记录超声波自发射到经过障碍物返回的时间差，根据所述时间差计算发射点到障碍物的距离；
温度补偿模块用于采集超声波在传播过程中的温度信息，供所述单片机采用温度补偿方式计算发射点到障碍物的距离；
步进电机用于接受单片机的控制，通过前进、后退动作使发射点(步进电机)与障碍物的距离达到预设值；
显示模块用于显示距离值。
进一步地，步进电机为1.8°两相混合式步进电机。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是：成本低廉、质量可靠、组件容易并结合单片机处理芯片对温度数据进行处理，提高了测量精度，电路实现简单、稳定可靠。
附图说明
图1是本实用新型基于超声波的距离控制系统的结构框图；
图2是本实用新型基于超声波的距离控制系统单片机与步进电机电路连接图；
图3是本实用新型基于超声波的距离控制系统的工作流程图；
图4是本实用新型基于超声波的距离控制系统步进电机的工作流程图；
图5是本实用新型基于超声波的距离控制系统温度补偿模块工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
参图1至图5所示，本实施例提供了一种基于超声波的距离控制系统，包括单片机、超声波发射模块、超声波接收模块、温度补偿模块、液晶显示模块及步进电机；单片机与超声波发射模块、超声波接收模块、温度补偿模块、液晶显示模块及步进电机电连接；
超声波发射模块用于向某一方向发射超声波；
超声波接收模块用于接收遇到障碍物返回的超声波；
单片机用于在所述超声波发射模块发射超声波信号时，打开定时器计时，在所述超声波接收模块接收到超声波信号时，停止计时并记录超声波自发射到经过障碍物返回的时间差，根据所述时间差计算发射点到障碍物的距离；
温度补偿模块用于采集超声波在传播过程中的温度信息，供所述单片机采用温度补偿方式计算发射点到障碍物的距离；
步进电机用于接受单片机的控制，通过前进、后退动作使步进电机与障碍物的距离达到预设值；
显示模块用于显示距离值。
该基于超声波的距离控制系统成本低廉、质量可靠、组件容易并结合单片机处理芯片对温度数据进行处理，提高了测量精度，电路实现简单、稳定可靠。
本实施例以单片机技术为基础，实现对前方物体的距离测量。利用超声波指向性强，能量消耗慢，在介质中传播距离远的特点，借助超声波传感器对前方物体进行感应，并通过步进电机实现对距离的控制。该系统主要分为主控制器模块、超声波传感器模块、液晶显示模块和步进电机模块等五个基本模块。本系统利用两个中断，在发射信号时，打开定时器中断0和外部中断0使定时器计时，接收到超声波信号时，外部中断0关闭中断，这时定时器中断0计录的时间就为超声波传播经过测距仪到前方物体的来回时间。利用公式S＝ΔT×V÷2(V为超声波传播速度，ΔT为从超声波发射到接收的时间间隔)，单片机把处理的距离值S通过液晶显示器显示出来。
该系统主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射接收电路、步进电机控制电路和温度补偿电路五部分。
超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波(一般为40KHz的超声波),在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时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v，而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差Δt,就可以计算出发射点距障碍物的距离S，即:s＝v×Δt÷2
其中，超声波在空气中的传播速度给温度有关，速度v＝332+0.067×T，T是环境温度，单位是摄氏度，因此，如果要精确测距要考虑温度的影响，采用温度补偿方式进行计算。
本实施例采用一线式超声波测距模组ULTD5N-350，1.8°两相混合式步进电机，DS18B20温度传感器，RT1602C液晶显示器。用AT89C52单片机作为控制核心。下面对各模块进行详细说明：
1、超声波传感器模块
超声波是一种频率高于20kHz的机械波。为了作为一种超声波检测手段，必须产生超声波和接收超声波。为了实现这个目的的设备是超声波传感器，可以使用超声波换能器或超声波探头、超声波传感器发射器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波发生器可以分为两类：一类是电气方式产生超声波，一个是由机械方式产生超声波。超声波传感器首先将电能转化为超声波，超声波接收器接收回波时，将超声振动转换成电信号。
只需要5V电源供应、0V地线连接、触发信号输入、与信号输出等四个管脚与MCU连接即可使用。
由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。在使用时，如果传播介质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的基本原理。
2、液晶显示模块
LCD显示器是利用液晶经过处理后能改变光线的传输方向特性实现显示信息的。液晶显示器具有体积小、重量轻、功耗极低，显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中得到了日益广泛的应用。液晶显示器按其功能可以分为三类：七段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。前两种可以显示数字、字符和符号等。而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果。
字符形液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式液晶显示模块。它是由若干个5*7或者是5*11等点阵符位组成的，每个点阵字符位都可以显示一个字符。点阵字符位之间，有一定点距间隔，这样就起到了字符间距和行距的作用。
要使用点阵型LCD液晶显示器，必须要有相应的LCD控制器、驱动器来对LCD液晶显示器进行扫描、驱动，以及一定空间的ROM和RAM来存储的写入的命令和显示字符的点阵。现在往往将LCD控制器、驱动器、RAM、ROM和LCD显示器连接在一起，称为液晶显示模块LCM。使用时只要向LCM送入相应的命令和数据就可以显示所需的信息。
目前常用的有16字*1行、16字*2行、20字*2行和40字*2行等的字符液晶显示模块。这些LCD虽然显示字数各个相同，但是都具有相同的输入输出界面。本实施例采用16字*2行的LCD。
3、步进电机
步进电机是用脉冲信号进行控制，将脉冲信号转换成相应的角位移和线位移的微电机，广泛地应用于打印机等办公设备以及各种控制装置。
步进电机和一般的电机不同，只接电源步进电机不能转动，而每加一个脉冲仅转动一定的角度，另外，改变脉冲的频率时，步进电机的速率也跟着改变。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
混合式步进电机是PM和VR的复合产品，其转子采用齿状的稀土永磁材料，定子则为齿状的突起结构。此类电机综合了反应式和永磁式两者的优点，步距角小，出力大，动态性能好，是性能较好的一类步进电动机，在计算机相关的设备中多用此类电机。
由于本系统进行距离测量，需要一个比较好的精度，因此借由步进电机实现一个比较精确的距离控制。
步进电机按电磁转距产生机理的不同可以分为反应式步进电机，永磁式步进电机和混合式步进电机，而按绕组的相数又可以分为单相，两相，三相，五相。在这里，采用1.8°两相混合式步进电机42H48A-1704S，配合驱动器TB6560AHQ。
两相混合式步进电机结构：电机的定子上有八个绕有线圈的铁心磁极；八个线圈串接成A、B两相绕组；每个定子磁极边缘有多个小齿，一般多为五或六齿；转子由两段有齿环形转子铁心、装在转子铁心内部的环形磁钢及轴承、轴组成；将环形磁钢沿轴向充磁，两段转子铁心的一端呈N极性，另一端呈S极性，分别称之为N段转子和S段转子；转子铁心的边缘加工有小齿，一般为50个，齿距为7.2°；两段转子的小齿相互错开1/2齿距。
此步进电机的分辨率：在整步方式分辨率为1.8°，在半步矩时分辨率为0.9°，在4细分时分辨率为0.45°。
4、温度补偿模块
由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。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。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，就可以求出相应温度下的距离。
5、单片机
AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的程序存储器和256Byte的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52为8位通用微处理器，主要管脚有：XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd(9脚)为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC(40脚)和VSS(20脚)为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0～P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口(32～39脚)被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。