基于单片机超的声波测距仪.docVIP

前言 随着我国科学技?术的迅速发展，许多场?合都需要测距仪器的应?用，如汽车倒车，建筑?工地的施工以及一些工?业现场的位置监控，还?有矿井深度、水位位置?、管道长度等场合都需?要用到测距仪器。要求?仪器简单，方便，易操?作控制，而超声波测距?仪，就能实现以上的要?求。它测量范围在0.?10-1.20m，测?量精度1cm，测量时?仪器与被测物体不会直?接接触，而且能够清晰?稳定的在液晶显示屏上?显示出测量结果。 但?就目前整体的技术水平?来说，人们可以具体利?用的测距技术还十分有?限。因此，这是一个正?在蓬勃发展而又有无限?前景的技术及产业领域?。展望未来数十年，超?声波测距仪作为一种新?型的非常重要且有用的?工具在各方面都将有很?大的发展空间，它将朝?着更加高定位高精度的?方向发展，以满足日益?发展的社会需求。 本?设计采用以AT89C?51单片机为控制器核?心的高精度、低成本、?微型化数字显示超声波?测距仪的硬件电路和软?件设计方法。整个电路?采用模块化设计，由主?程序、中断程序、发射?子程序、接收子程序、?显示子程序等模块组成?。各探头的信号经单片?机综合分析处理，实现?超声波测距仪的各种功?能。在此基础上设计了?系统的总体方案，最后?通过硬件和软件实现了?各个功能模块。 1 ?总体方案设计介绍 所?谓的超声波就是指频率?高于20MHZ的机械?波。既然是以超声波为?检测工具，那么肯定要?产生超声波和接受超声?波的工具，这就需要用?到我们的传感器，俗称?探头。它有发射器和接?收器之分，主要原理就?是利用电效应把电能和?超声波相互转换，利用?声波介质对被检测物进?行非接触式无磨损的检?测。超声波传感器对透?明或有色物体，金属或?非金属物体，固体、液?体、粉状物质均能检测?。 本文所研究的超声?波测距仪利用超声波指?向性强、能量消耗缓慢?、传播距离较远、中长?距的高精度测距等优点?，即用超声波发射器向?某一方向发送超声波，?将电能转换，发射超声?波，同时在发射的时候?单片机就开始计时，在?超声波遇到障碍物的时?候反射回来，超声波接?收器在接收到反射回来?的超声波回波时，将超?生振动转换成电信号，?同时单片机停止计时。?超声波测距原理一般采?用渡越时间法TOF，?设超声波在空气中的传?播速度为C，从发射到?遇到障碍物反射回来在?空气中的传播时间为T?，声源与障碍物的距离?为L，则易知L=C*?T/2，这样可以测出?声源与障碍物之间的距?离，然后在LED显示?屏上稳定的显示出来[?1]。 传感器的工作?机理是依据压电材料的?正逆压电效应，利用逆?压电效应产生超声波，?即逆压电效应是在压电?材料上加上某种特定频?率的交变正弦信号，材?料就会产生随所加电压?的变化规律而变化的机?械形变，这种机械形变?推动周围介质振动，产?生疏密相间的机械波，?如果其振动频率在超声?范围内，这种机械波就?是超声波[1]。 根?据设计要求并综合各方?面因素考虑，本文决定?采用AT89C52单?片机作为主控制器，超?声波发射电路、超声波?接收放大电路、显示电?路，并用动态扫描法实?现LED数字显示，超?声波驱动信号用单片机?的定时器完成。超声波?测距仪的系统硬件原理?框图如图1-1所示。? 图1-1 ?超声波测距系统硬件原?理框图 超声波在标?准空气中的传播速度为?331.45米/秒，?由单片机驱动产生12?MHZ晶振，所以此系?统理论上可以达到毫米?级。由发射器发送超声?波出去，在遇到障碍物?反射回来时的回波由接?收器检测到信号，然后?经过滤波、放大、整形?之后送入AT89C5?2单片机进行计算，并?将计算结果显示到LE?D液晶显示屏上。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；另一类是?用机械方式产生超声波?。电气方式包括压电型?、电动型等；机械方式?有加尔统笛、液 和气?流旋笛等。它们所产生?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。?本文属于近距离测量，?适合汽车的倒车雷达，?故可采用常用的压电式?超声波换能器[2]。? 2 超声波的相关知?识 2.1 超声波测?距仪的主要功能概述[?3]： ★ 实时稳定?显示当前测量距离； ?★ 实时稳定显示当前?测量温度； ★ 具有?近距离和远距离两种测?量模式； ★ 能够实?时报警功能； ★ 具?有开机系统自检功能；? ★ 耗电量低； ★? 可靠性高； ★ 高?灵敏度和高声压 2.?2 超声波测距仪的主?要技术指标 测量距离?：0.20m-1.3?m 测温范围：-10?℃～115℃ 测量距?离精度：1cm 实时?功率：0.05W 标?准频率：40kHz ?声压级：120±3（?公式：S.P.L.=? 20logP/Pr?e (dB)） 系统?发射功率：1mW