超声波测距仪的设计研究
超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，测量精度高，被广泛地用于距离测量的领域。目前，市场上超声波测距仪成本高销售价格比较昂贵。本文拟设计一种低成本超声波测距仪，以期为该类型超声波测距仪的生产提供参考。
1.超声波测距工作原理 压电式超声波换能器是目前较为常用超声波传感器，主要有两个压电晶片和一个共振板组成。它是利用压电晶体的谐振来工作的 。当压电式超声波换能器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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波。同理，两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将带动压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时压电式超声波换能器就成为超声波接收器了。 本超声波测距仪是利用AT89C52单片机，发出40KHZ信号，再利用外中断0监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单的LCD液晶显示模块。超声波驱动电路采用与非门进行波形整形和放大。超声波接收放大采用CX20106芯片，外部电路也比较简单。超声波测距仪框图见图1。 2.超声波测距仪的硬件设计 3.超声波测距的算法设计 行计算时可以先将数值扩大100或1000倍在乘 以传播的脉冲宽度时间。例如传播时间为100us，则经过处理的数值为33×100=3300。这样在输出数值时只需将数值显示为3.3cm就可以了。怎样完成由数值到显示字符的变换呢？首先要根据需要将数值的每一位存入不同的变量，在利用数值与其ASCII码的关系进行变换即可。同时小数点也是这个时候加进去的。可见，只要能够利用好近似计算就能够保证测量的精度，同时也能兼顾测量速度。 4.超声波测距的软件设计 主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序以及显示子程序是超声波测距的软件设计的核心部分。主程序采用C语言编写，超声波发生子程序采用汇编语言编程。 D=（cxt）／2=172*T0／10000cm 其中TO计数器TO的计数值。 值得一提的是，在设计软件时一定要考虑到不同距离超声波传播时间的大小和将来测量误差的关系，利用实验的方法进行误差修正，使无论将系统用于大距离和小距离测距时都能保证较精确的测量。同时在显示结果时注意考虑到测量结果是否在测量范围内，做出准确的判断和显示，这样才能保证测距仪有良好的人机互动。 5.超声波测距的调试结果 根据电路参数和程序，笔者设计的超声波测距器可测量范围为0.35-3.8m。试验中对测量范围0.35-3.8m内的平面物体做了30次平行测试，测距器的最大误差不超过4cm，重复一致性比较好。此外，在试验中发现，若能将超声接收电路用金属壳屏蔽起来。则可提高抗干扰性能。 6.结语 笔者设计的超声波测距仪系统设计简单、成本低廉、体积较小、性能稳定，可应用于无接触式距离测量，如测深、测高等，具有很强的实用价值与很好的市场前景。