超声波测距系统研究设计

1、 超声波测距系统研究设计中国宜昌 邓丽华CTGU三峡大学 电机工程与信息科学学院邮箱: denglh文摘:当超声波测距系统已被应用于某个场合，它是有不同精度的。通常它的误差很大而且无法符合应用需求。在本文中,设计了一种在特别的场合可以进行非接触式距离测量的由单片机、超声波测距技术和传感器技术构成的新超声波测距系统。距离测量的数据和温度是通过LCD显示屏显示的，通过单片机控制发送和接收超声波根据时差定位方法测量距离。为了提高测量的准确度，通过温度传感器进行测量温度和温度补偿,系统也使用一个声音广播系统,使其更为方便、精度高、广泛的应用。关键词超声波传感器；测量距离；单片机I介绍距离就是要求对不同

2、的场合进行参数测量和控制检测。因此,它已成为一个问题:如何提高数据精度。虽然位置测量有多种方式,例如激光测距仪、微波范围、红外和超声波测距。然而,超声波测距仪是一种简单可行的解决方案。X.K.Song等人1认为各种各样的超声波测距电路甚至有专门的集成电路超声波测距仪。然而，一些电路比较复杂，存在技术难题和一些调试问题，而且组件不容易购买。本文叙述了一种低成本，性能可靠，易于购买组件的方法，并结合单片机进行数据处理，测量精度有了明显提高。它的电路更容易实现，更加稳定可靠。新型的在特别时刻可用于非接触测距的超声波测距系统也是有单片机、超声波测距技术和传感器技术设计而成的。超声波是一种超出人类听力范

3、围（16Hz）的声波。他有一些特征，如频率高、沿直线传播、良好的方向性、衍射性小、穿透力强、速度慢（340米/秒）等等。超声波测距的是一种非接触式的检测方法，检测在黑暗、有灰尘、有烟雾、有电磁干扰、有毒等不良的环境中的物体,有一定程度的适应性,结构简单,体积小、信号处理可靠等。因此, 它广泛应用在目标识别、自动车辆导航、水平测量、机械手控制等方面 2。超声波测距原理： 因为声压水平和超声波传感器灵敏度的最大的频率,该文40KHz传感器40KHz已经习惯了工作。工作原理如下：当超声波发射器发射超声波，开始记录时间，当超声波碰到障碍，超声波会反射并由超声波接收器接收，此时停止计时。Z.H. Tia

4、n and J.G. Cao3认为超声波发射器和障碍之间的距离满足公式：l=ct/2这公式中，l代表超声波发射器和障碍之间的距离。t代表发射超声波到接收超声波的时间。(1)这是时差定位法。超声波的传播速度是340米/秒。它的传播速度是受环境温度的影响的，当要求精度高时，这种影响可以用软件进行调整，当要求精度低时，影响忽略。II系统的硬件电路设计系统硬件电路是由单片机、超声波发射器和接收模块、液晶显示模块、声音广播模块和温度补偿电路模块组成。其结构如图1所示：温度传感器超障碍物发射模块接收模块声波传单片机液晶显示器声音广播模块图1.系统硬件结构原理示意图A. 超声波发射器模块设计振荡器驱动电路中

5、使用了555芯片。当单片机输入/输出端口P2.3为0时，驱动电路将停止震荡。电路设计如图2所示。振荡频率公式（2）如下：f=1.43/(R2+2R1)C3)(2) 为了确保555有足够的驱动电压，使用了12V的电源。图2.超声波发射电路B. 超声波接收模块设计系统中使用了TLC393比较器,它也不像运算放大器构成的电路一样需要进行相位补偿并适应高速工作。接收电路如图3。比较器输出矩形脉冲,外部中断触发单片机。图3.超声波接受电路III. 系统软件设计 软件控制是这个系统的核心并采用了模块化的设计。系统功能由4部分组成：超声波测距的模块,显示模块、声音广播模块和测温模块。开始超声波发生器系统流程

6、图详见图4。计数器延迟 2ms否是否反射？是停止计数计算距离液晶显示声音广播图4.系统流程图A超声波测距的模块超声波测距的模块分为三个子程序:超声波脉冲发生器子程序,超声波接收中断服务程序和距离计算子程序。脉冲发生器工作过程子程序如下：当计时器开始工作时按下“start”按钮，P2.3端口发射250s的减脉冲。然后减脉冲会使超声波发射器发射10个25s的脉冲，这将会使超声波发射器发射250s的超声波。超声波接收中断服务程序可以用来处理超声波外部中断。超声波遇到障碍发射之后超声波接收器将接收，然后这些超声波波形将由接收电路处理并变换成矩形脉冲。矩形脉冲触发单片机外部中断。中断服务过程中将会读取T

7、0的的数据,TH0和TL0将被清零，然后转到距离计算子程序，返回中断。B显示模块显示模块中显示屏采用的是LGM12641BS1R 。这个系统可以显示环境的温度和测量的距离。用PCtoLCD2002软件提供必要的单位来建立标准库。测量之后，温度和距离将通过液晶显示屏显示。 C. 声音广播模块当距离计算出来时，就转到声音广播模块部分。该系统采用语音芯片AP8821设定程序,它具有高质量记录的特征，有利于提取数据。D. 测温模块这里采用的温度传感器是DS18B20。温度传感器采集数据再传送给单片机。距离计算子程序将会依照温度适当调整计算中的超声波速度，以达到补偿因为温度的变换引起的测量误差，来提高测

8、量的准确度。IV. 总结系统硬件电路由单片机超声波发射和接收模块，液晶显示模块，声音广播模块和温度补偿电路模块组成。系统软件包括4个组成部分：超声波测距模块，显示模块，声音广播模块和测温模块。这种使用了超声波测距原理和单片机技术的测距系统具有方便快捷、容易做到实时控制的特点，可以是测量精度达到实际的精度要求。而液晶显示器更加直观，声音广播功能可以应用更广。该系统具有很强的实用价值。V. 参考文献1 X.K.Song、Y.C.Chen和 J.C.Zhao，“具有双重输出功能的超声波测距传感器的设计”，控制和自动化，第23卷，2007年12月 pp.168-170。2 Y.Z.Dai 和 Z.Y. Wu，“基于AT89C5