郭增濤++胡安正

摘要：本文是以AT89C51為核心，靈活的運(yùn)用超聲波換能集成電路作為超聲波的接收電路，在討論了超聲波測(cè)距原理、硬件電路實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，使得該超聲波測(cè)距儀可實(shí)現(xiàn)測(cè)距范圍：0.4m-3.00m。超過(guò)3.00m，數(shù)碼管顯示---。測(cè)量精度達(dá)到0.01m。

關(guān)鍵詞：AT89C51；超聲波測(cè)距；測(cè)量精度；測(cè)距范圍。

在日常生產(chǎn)生活中很多場(chǎng)合如汽車(chē)倒車(chē)、機(jī)器人避障、工業(yè)測(cè)井等需要自動(dòng)進(jìn)行非接觸測(cè)距。超聲波具有指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離相對(duì)較遠(yuǎn)等特點(diǎn)，因此常被用于非接觸測(cè)距。本文以AT89C51[1][2]為核心，借助于模數(shù)電技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種高精度的超聲波測(cè)距儀。

1 系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)硬件部分由AT89C51控制器[3][5]組成處理單元、超聲波發(fā)射電路[4]及接收電路、數(shù)碼管顯示電路、按鍵電路組成?？傮w框圖如圖1所示。

2 超聲波測(cè)距原理與方法

其原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波[4]經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間t，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間，然后求出距離l。設(shè)l為測(cè)量距離，t為往返時(shí)間差，超聲波的傳播速度為c，則有l(wèi)=ct/2。為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，本設(shè)計(jì)中將根據(jù)需要利用軟件方式增加角度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)： 。

3.硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波檢測(cè)接收電路、按鍵電路等四部分組成。

3.1 接收電路設(shè)計(jì)

需要一個(gè)前置放大電路將這一微小交變電壓信號(hào)充分放大，同時(shí)考慮可能出現(xiàn)干擾信號(hào)，放大有用信號(hào)的同時(shí)加入

濾波電路，驅(qū)動(dòng)后面的比較器輸出電位跳變，作為確定接收到的時(shí)刻。接收電路如圖2所示。

3.2單片機(jī)顯示電路設(shè)計(jì)

選用4位LED示，表示距離的XXXXmm數(shù)值。由數(shù)碼管，通過(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)顯示，表示距離的XXXXmm數(shù)值。

該系統(tǒng)由單片機(jī)控制，通過(guò)NPN的三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。

4.軟件設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)、T1 中斷服務(wù)子程，INT0 外部中斷服務(wù)子程序、距離計(jì)算子程序、顯示子程序和延時(shí)子程序等。而超聲波測(cè)距發(fā)射子程序在P3.7口產(chǎn)生40kHZ方波脈沖寬度約12us，作為超聲波發(fā)射器的輸出信號(hào)。一旦接收到超聲波返回信號(hào)后，就立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷程序后就立即關(guān)閉定時(shí)器，T0停止計(jì)時(shí)，并將接收到的標(biāo)志位為1，然后在主函數(shù)里調(diào)用計(jì)算距離公式，在顯示出來(lái)，流程圖如圖3所示。

5.測(cè)量結(jié)果與分析

系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如表1所示。

結(jié)果分析：由測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，該超聲波測(cè)距儀可實(shí)現(xiàn)測(cè)距范圍：0.4m-3.00m，測(cè)量精度達(dá)到0.01m。

6.結(jié)束語(yǔ)

由測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，該超聲波測(cè)距儀可實(shí)現(xiàn)測(cè)距范圍：0.4m-3.00m，測(cè)量精度達(dá)到0.01m。本文所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、抗干擾性能好，若要滿足更高的精度要求，還須進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。在某些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用中，還要考慮超聲波的人射角、反射角以及超聲波傳播介質(zhì)的密度、表面光滑度等因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 王迎旭.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.7.

[2] 何立明.單片機(jī)原理教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1998.

[3] 周向紅.51 單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.5.

[4] 梁森、歐陽(yáng)三泰.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京機(jī)械工業(yè)出版社2007.3.

[5] 胡錦等.單片機(jī)技術(shù)實(shí)用教程[M].北京.高等教育出版社，2003.

通信作者（指導(dǎo)教師）：胡安正 湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院

通信作者（指導(dǎo)教師）：胡安正 湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院