基于单片机的超声波测距系统设计

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九江职业技术学院学报（邹晓娥：基于单片机的超声波测距系统设计）基于单片机的超声波测距系统设计邹晓娥，李良仁（九江职业技术学院电气工程系，江西九江%%!""(）

!-摘

要：利用超声波测量距离是一种有效的非接触式测距方法，本文介绍单片机控制的超声波测距系统的原理，给出系统的硬件构成和软件控制流程，并在数据处理中采用了温度补偿修正。此系统具有易控制、工作可靠，测量精度高的优点。关键词：单片机；超声波；测距；补偿中图分类号：)*’+文献标识码：,文章编号：&""’$’-!!（!""#）"%$""!-$"!!"$&’()*,-#’&$./-0"!$+-&."1"-#2,&%34#"56-#7’&89$:8’5:2+,./0124$5676289$:8（;<289>4?3283B)5?C8?3D4A95，;<289，;389E，%%!""(）;<#,-.：7’5G?25@4I53<:@C5JF38?5K2C4<@?48@?LM<F89<@348?K3H5N)C5O3O52@4J<?5@C5K4:P89O:8?O54@C5FMF5I?48@4AJLM?CO?4IO<@:@C5C3JK35?4IO4858@38JF4@K35$?48@4AJO:4?5F，38J@C5@IO53<:?4IO58F@483I58JI58@28J3O:4?5F89N7’O:4H5J@C5FMF5I253M@4O535K2C:A3LA@M38JC9CI53<:89O:?F48N="4>’,7#：DCO?4IO<@:，0A:F48?K3H5，Q2@8?5I53<:I58@，D4IO58F@48引言超声波在工业生产、医疗技术、日常生活中的应用越来越多。超声波在介质中传播时在不同界面上具有反射的特性，由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点，所以常用于测量物体的距离、厚度、液位等。其传播速度与介质的密度和弹性特性有关，它在空气中的传播速度为%R"I／F。超声波测距的方法有渡越时间法、频差法、幅值法等，本文利用超声波特性、渡越时间法，以采用S)+’D-&单片机作为核心控制器件，应用T434J#""系列超声波传感器、T434J#-""系列超声波距离模块，实现超声波非接触式测距。由于超声波在空气中传播速度会随介质温度的升高而增大，影响测量精度，给出了修正方案。该系统可广泛应用于位移和距离测量。!超声波测距工作原理超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，其所经历的时间与超声波传播的路程的远近有关，测试传输时间可以得出距收稿日期：!""#$"%$!#：邹晓娥

离，只要从测量点某一时间发射超声波，并测量该声波返回的时间即可实现测距。假如6（I）表示物体之间的距离，测得的时间为)（F），传播速度为>（I／F）表示，则有以下关系式：!U"・#／!（I）但传播速度会随环境温度变化而变化。在空气中的传播速度，若以@（V）表示环境温度，则传播速度为#U%%&W-X"W#$（I／F）气温为&-V的音速为%R"W-I／F，!-V的时候为%R#W-I／F，测试距离约有!Y的误差。测量时按上式对超声波传播速度加以修正，以减小误差。"系统构成系统构成框图如下图&所示。该超声波测距系统由Z58[FD4IO公司生产的T434J#""系列超声波传感器、T434J#-""系列超声波距离模块和S)+’D-&单片机构成。T434J#""超声波传感器是集发射和接收一体的传感器，发射频率为R’WR%&.，发射角度为%"度。超声波传感器有一定惯#%+#$+"3352=3@4A2AA52=322++@FG5@HF52@@3@2A:F2:8:F，222AG:A525::FG::A5F:@5323@F2@FFF4:@@52222F252225@32F3F532作者简介万方数据（&’#($），女，九江职业技术学院教师。A:2A:2A:2A:2#%+#$+"3352=3@4A2AA52=322++@FG5@HF52@@3@2A:F2:8:F，222AG:A525::FG::A5F:@5323@F2@FFF4:@@52222F252225@32F3F532作者简介万方数据（&’#($），女，九江职业技术学院教师。A:2A:2A:2A:2A:2九江职业技术学院学报

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<&=)>(&<=*>AB&#(*>(’D5E#F>#(7&’AE性，发送结束后有一定余振，这种余振扰乱了系统捕捉返回信号，造成超声波传感器的测量范围受到限制，最近可测量!"#$。当接收回波时，%&(&+,-..内部有一个调谐电路，使得只有/01/!"2信号才能通过，其他频率信号则被过滤，内部集成了放大器，对返回微弱超声波信号加以放大。图3系统硬件构成框图单片机45607-3用来对%&(&+,..系列超声波传感器和%&(&+,-..系列超声波距离模块的控制，单片机通过%31.引脚来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测895.引脚，当895.引脚电平由高电平变为低电平时就认为超声已返回，计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算可计算出超声波和障碍物之间的距离，由单片

!系统软件设计系统程序流程如图:所示，单片机45607-3先把%31.置.，启动超声波传感器发射超声波，并启动内部定时器5.开始计时。为抑制输出干扰，消除超声波发送余振，检测返回信号需在启动发射信号后:1!6$;才可以检测。超声波碰到障碍物后返回，45607-3不断扫描895.引脚，当895.脚接收的信号由高电平变为低电平时，表明信号已返回，程序进入中断，关闭定时器，数据经处理后可得出被测距离，并输出显示。"误差及结论由于受环境温度、湿度的影响，超声传感器的测量值与实际值总有一些偏差，表3为测距系统的实验修正表。可以看出测量距离越小，测量相对误差较大。产生误差的原因，主要来自温度的影响，以及超声波发射器和接收器间小距离间隔，引起的信号多重反射等。表3测距系统实验修正表单位：#$机处理后通过液晶显示所测的距离。

实际值

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30-温度的影响虽然加了温度修正，但由于声波传播过程中，温度在一个梯度方向，各点温度有上下浮动，且测温器存在误差，所以仍会给声速的测量带来影响，给距离测量带来一定的误差。且超声波在空气中传播，随传播距离的增加，其强度因空气吸收而减弱，呈指数规律下降，且超声波频率越高，衰减得越快，同样给测量带来误差。基于单片机的超声波测距系统，通过温度补偿修正，在测量距离适当范围内，测量精度基本可以达到要求。由于它的测量可靠、容易控制，可以适用于多种位移和距离测量。图:系统控制程序流程图万方数据’?*@(C&*’’E’)*’)*’)*’?*@(C&*’’E’)*’)*’)*基于单片机的超声波测距系统设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

邹晓娥，李良仁，ZOUXiao-e，LILiang-ren九江职业技术学院电气工程系,江西九江,332007九江职业技术学院学报JOURNALOFJIUJIANGVOCATIONALANDTECHNICALCOLLEGE2006，(3)0次相似文献(10条)1.期刊论文雷建龙基于单片机的超声波液位测量仪-仪表技术与传感器2004(6)介绍了用集成锁相环路解码器LM567作为超声波检测元件,以89C51单片机作为主控元件的超声波液位测量的原理、电路及测控程序.用超声波测量液位具有不与被测介质接触、可测量低温介质、无可动部件、寿命长等优点;以LM567作为超声波检测元件可降低系统的价格,提高超声波捕捉能力;采用单片机来控制超声波的发射与接收,并且计算出液位,使检测具有更高的智能性.对由于超声波声速变化及LM567输出延时引起测量误差的原因作了详细的分析,并提出了提高调整波速精度及调整输出延时的措施.实验表明:该液位测量仪具有较高的准确度和可靠性,并且价格低廉,具有广泛的用途.2.期刊论文裴玖玲.屈百达.PEIJiuling.QUBaida基于单片机8089的超声波电源控制技术的研究-现代电子技术2008,31(9)针对目前大功率超声波电源采用模拟控制电路存在精度低、动态响应慢、参数整定不方便等缺点,采用单片机8089组成智能控制的超声波电源系统.提出了基于SPWM技术的双闭环控制策略和应用单片机实现软锁相的工作原理和软件思想,使整个超声波电源实现了低损耗、高功率因数,优化了电路的整体性能.3.期刊论文宋继红.SONGJi-Hong基于单片机的高精度超声波液位检测系统-机电产品开发与创新2009,22(3)介绍一种使用超声波进行液位检测的微机控制系统及其硬件组成和相应软件流程图.为使测量具有较高的精度,系统在测量方式上采用在容器底部放置超声波探头的回波检测法,使超声波在液体中来回传播以稳定超声波传播速度.该系统由脉冲发射电路,变增益接收电路,温度补偿电路和相应的控制电路组成.4.期刊论文李春玲.LIChun-ling基于单片机的高精度超声波液位检测系统-电子科技大学学报2006,35(3)介绍一种使用超声波进行液位检测的微机控制系统及其硬件组成及相应软件流程图.为使测量具有较高的精度,系统在测量方式上采用在容器底部放置超声波探头的回波检测法,使超声波在液体中来回传播以稳定超声波传播速度;在硬件上引入专用定时芯片8254,以提高传播时间的分辨率,同时8254的时标信号由具有较高稳定频率的多谐振荡电路产生;在软件算法上减少舍去误差.系统测量精度可准确到厘米.5.期刊论文李晓峰.姬志国.樊琛基于AT89C2051单片机和超声波控制的厨用炉灶节能系统设计-电子元器件应用2009,11(1)介绍了一种利用超声波来控制厨用炉灶火焰的节能系统设计方案,给出了基于单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路以及软件系统的设计与实现方法.该系统具有抗干扰能力强,控制准确,节能充分等优点.6.期刊论文张坤鹏.王子樑.孙俊清.ZHANGKun-Peng.WANGZi-Hang.SUNJun-qing基于ATmega单片机的超声波数字识别系统设计-自动化与仪表2008,23(7)分析了超声波信号传输的特点,运用ATmega单片机设计了基于超声波的调制与解调电路,并且利用有限状态机建模,设计了发送与接收的软件算法,从而实现了数字信号的发送与接收.通过使用数字通讯协议实现了基于超声波的数据包通讯,达到模仿RFID进行数字识别的功能.7.期刊论文闫飞.张景霞.赵庆海.YANFei.ZHANGJingxia.ZHAOQinghai基于51单片机的超声波双张检测器设计-中国印刷与包装研究2009,1(3)双张检测器是印刷机最基本的检测装置.本文在总结现有双张控制方法的特点和不足的基础上提出了一种基于MCS-51单片机的超声波双张检测方法,并对该方法的检测原理、硬件电路、检测程序做了详细的论述.该方法具有结构简单、成本低廉、便于扩展的特点.8.期刊论文安宗权.冷护基.AnZhongquan.LengHuji基于ATmega8单片机的超声波测距仪-计算机测量与控制2005,13(11)利用超声波测量距离是一种有效的非接触式测距方法;基于ATmega8单片机的超声波测距仪采用渡越时间法进行超声波测距,介绍了其硬件及软件设计方案,并对其由温度变化带来的误差进行了补偿;该测距仪