ATS单片机的超声波测距设计.docVIP

基于AT89S52单片机的超声波测距设计 摘要：超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。 本文介绍了一种基于DSI8B20的AT89S52单片机超声波测距系统，阐述了DS18B20测温原理．由温度可算出实际环境下的超声波速度，利用AT98S52的计数器可以获得超声波在两探头之间的飞行时间，已知超声波的传播速度和飞行时间可以获得两探头之间的距离。整个系统结构简单、工作可靠，有良好的测量精度。 关键词：AT89S52;DS18B20；控制；超声波速度；飞行时间；距离。 一、超声波测距原理： 在测距方面，按测量范围或测量精度可分很多种类。但根据测量须传感器主要分为电测和光测，电测精度相对较低，对环境要求不是特别高；光测精度在一定范围内可达纳米级，但对环境要求很高；而超声波测距主要足因为其结构简单容易集成且体积小，且能满足一定的精度而被广泛应用于工业中。 目前测量距离一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点，因而经常用于距离的测量。超声波测距主要应用于建筑施工工地以及一些工业现场和移动机器人的研制上，可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。相比于其它定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短距离测量定位。AT89S52单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用它的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。 本文介绍一种以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、LED数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。实际使用证明该仪器工作稳定，性能良好。超声波测距器系统设计框图如图所示： 由单片机AT89S51编程产生40kHz的方波，由P1.0口输出，再经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理,送至单片机。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。 该测距装置是由超声波传感器、单片机、发射/接收电路和LED显示器组成。传感器输入端与发射接收电路相连,接收电路输出端与单片机相连接,单片机的输出端与显示电路输入端相连接。其时序图如图： 单片机在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。 二、系统各部分电路设计： 2.1 发射模块设计： 超声波发射电路原理图2.1.1如图所示。发射电路主要有反相器74LS04和超声波换能器构成,单片机P1.0端口输出的40KHz方波信号一路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反相器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高超声波发射强度。输出端采用两个反向器并联，可以提高驱动能力。上拉电阻R1、R2一方面可以提高反相器74LS04输出高电平的驱动能力；另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，以缩短其自由振荡的时间。 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部结构如图5所示，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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这是它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极未加外电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器了。超声波发生换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。 图2.1.1超声波发送电路 图2.1.2超声波换能器内部结构 2.2 接受模块设计: 集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路，如图2.2.1所示。实验证明，用CX20106A接收超声波（无信号时输出高电平）具有很高的灵敏度和抗干扰能力。适当的更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 图2.2.1超声波检测接收电路图 2.3 测温及报警模块: 测温及报警电路如图3所示，采用MAXIM 公