超声波测距精讲课件

1、超声波测距仪超声波测距仪什么是超声波？人们可以听到的声音频率为20Hz20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz 以下的声音称为低频声波，20kHz 以上的声音称为超声波，一般说话的频率范围为100Hz8kHz。选择超声波测距的原因超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强，为此利用超声波的这种性质就可以制成超声波传感器。另外，超声波在空气中传播的速度较慢，约为330m/s，这就使得超声波传感器使用变得非常简单。超声波测距原理时间差测距法 S=vt/2 发射点距障碍物的距离(s)超声波在空 气中的传播速度为 v，根据计时器记录的时间 t，温度（温度（） 302

2、0100102030100声速(m/s)313319325323338344349386声速与温度的关系基于单片机的超声波测距系统利用AT89C51编程产生频率为40kHz 的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波波经反射物反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口。其系统框图如下图所示。超声波传感器压电效应原理： 压电效应有逆效应和顺效应，超声波传感器是可逆元件，超声波发送器就是利用压电逆效应的原理。所谓压电逆效应如图2-2 所示，是在压电元件上施加电压，元件就变形，即称应变。若在图a所示的已极化的压电陶瓷上施加如图b 所示极性

3、的电压，外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥，同时，外部负电荷与极化负电荷相斥。由于相斥的作用，压电陶瓷在厚度方向上缩短，在长度方向上伸长。若外部施加的极性变反，如图c 所示那样，压电陶瓷在厚度方向上伸长，在长度方向上缩短。超声波信号的检测与处理单片机系统及显示电路模块显示模块工作原理单片机采用AT89C51，采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。超声波发射

4、电路模块发射模块工作原理发射电路主要由反向器74LS04和超声波发射换能器T组成，单片机P1.0端口输出的40 KHz方波信号一路经反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波华能器的另一个电极。用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R10,R11一方面可以提高反向器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，缩短其自由振荡的时间。超声波转换器的功能利用压电晶体谐振工作。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

5、，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器；如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。超声波接受转换器与发射转换器其结构稍有不同。软件设计由于C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率并且容易精确计算程序行动的时间，而超声波测距器的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精确计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。超声波测距器的软件设计主要由主程序主程序，超声波发生超声波发生子程序子程序，超声波接收中断程序超声波接收中断程序及显示子

6、程序显示子程序组成。主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给显示端P0和P2清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHz的晶振，机器周期为1us,当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离,设计时取20时的声速为344 m/s则有：d=(C*T0)/2 =172T0/10000cm

7、（其中T0为计数器T0的计数值）测出距离后结果将以十进制BCD码方式LED超声波发生子程序和接收中断程序 用单片机编程产生40kHz 方波，可用延时程序和循环语句实现。先定义一个延时函数delays()，然后可用for 语句循环，并且循环一次同时改变方波输出口的电平高低，从而产生方波。部分程序如下： void delays() /延时函数 void main() for(a=0；a200；a+) /产生100 个40KHz 的方波 P36=!P36； /每循环一次，输出引脚取反 delays() ； 单片机每隔一段时间产生一串40kHz 方波，同时定时器开始计时，当收到回波，产生中断信号后，单片机执行中断程序。在中断程序中，先让定时器停止计数，然后读取时间，通过时间计算出所测距离，输出结果。中断程序如下：void intersvro(void) interrupt 0 using 1 /INTO 中断服务程序uint bwei,shwei,gwei；uchar DH,DL；ulong COUNT；ulong num；TR0=0 ； /停止计数DH=TH0；DL=TL0；COUNT=TH0*256+TL0；num= (344*COUNT)/20000； /计算距离bwei=