基于AT89C52的超声波测距,带有温度补偿设计报告.docVIP

超声波测距 —设计报告 摘要 利用超声波测距原理，出于低成本、高精度的目的，提出了一种基于AT89C52的超声波测距的设计方案。硬件部分采用AT89C52单片机作为控制器，主要有超声波发射电路、超声波接收电路、温度检测电路、LCD显示电路和报警电路。在分析超声波测距原理的基础上，给出了实现超声波测距的硬件设计电路图和软件设计流程图。该系统测量精度为1cm，测量范围为0.30-3.00m，能够很好的满足测距的设计要求。 关键字 单片机 超声波 温度补偿 测距 LCD显示 设计任务 （1）超声波测距系统原理 1） 超声波传感器 总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。他们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。超声波传感器结构如下： 图 2超声波传感器外部结构 图 3 超声波传感器内部结构 2） 超声波测距的方案 超声波测距方法主要有三种：1）相位检测法：精度高，但检测范围有限；2）声波幅值检测法：易受反射波的影响；3）渡越时间法：工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都容易实现，其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后求出距离l。设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有l=ct/2。综合以上分析，本设计将采用渡越时间法。 图 4 测距原理 由于超声波也是一种声波，其声速c与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0.6米／秒。表1列出了几种温度下的声速： 表1 声速与温度的关系表 温度（摄氏度） －30 －20 －10 0 10 20 30 100 313 319 325 323 338 344 349 386 在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速c是基本不变的，计算时取c为340m/s。如果测距精度要求很高，则可通过改变硬件电路增加温度补偿电路的方法或者在硬件电路基本不变的情况下通过软件改进算法的方法来加以校正。 在本系统中利用AT89S52中的定时器测量超声波传播时间，利用DS18B20测量环境温度，从而提高测距精度。空气中声速与温度的关系可表示为： 声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离：l=1/2(331.4+0.6T)t。 （系统中应用该式进行温度补偿） 如果为了进一步提高测量精度，本设计中将根据需要利用软件方式增加角度补偿的设计：。 （系统中应用该式进行角度补偿） 2、总体设计 （1）超声波测距系统电路总体设计方案 系统硬件部分由AT89C52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。测距启动时LCD显示环境温度，发射和接收电路工作，经过AT89C52数据处理将距离也显示到LCD上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒人们注意。超声波测距器的系统框图如下图所示： 图10us以上的高电平就可以在接收口等待高电平输出。 图2由反相器构成的超声波发射电路 图2是由反相器74HC04构成的发射电路，用反相器74HC04构成的电路简单，调试容易，易通过软件控制。单片机输出的方波经过反相器接到发射器T1的两极，用图中的推挽形式将方波信号加到发射器T1两端，可以提高发射器T1的发射强度。图中把两个非门的输出接到一起的目的是为了提高其吸入电流，电路驱动能力提高。74HC04是一个高速CMOS六反相器，具有对称的传输延迟和转换时间，而相对于LSTTL逻辑IC，它的功耗减少很多。另外，上拉电阻R1、R2一方面可以提高反相器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加发射器T1的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。 超声波接收电路 图是由CX20106构成的接收电路，在实物的制作过程中，我们将用CX20106A这一型号代替。CX20106A是索尼公司生产的彩电专用红外遥控接收器，是CX20106的改进型，也可用于超声波测试，有较强的抗干扰性和灵敏度。CX20106A采用单列8脚直插式，超小型封装，+5V供电。管脚1是