基于AT89S52单片机的超声波测距仪
[摘要] 本文根据时差法超声波测距的基本原理，主要介绍了以AT89S52单片机为核心的超声波测距仪的硬件电路和软件。本系统由AT89S52单片机，超声波发射电路，超声波接收电路，温度补偿电路，键盘和显示电路组成。实际使用证明该系统工作稳定、性能良好。
[关键词] 超声波测距单片机温度补偿 1.超声波测距原理 频率高于20kHz的声波称为超声波。由于超声波易于定向发射，方向性好，对色彩、光照度不敏感，反射率高等特点，因此被广泛应用于无损探伤、距离测量、距离开关、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇见障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差Δt如图1-1所示，然后求出距离S(式1-1), 式中C为超声波传播速度。 图1-1 超声波发射与接收时差Δt （式1-1） C＝331.5＋0.607Ｔ（式1-2） 在本系统设计时，由于难以求购到收发一体的超声波传感器，采用了分立的超声波探头，在组装时，应使两传感器间距离尽量小，以削弱其带来的误差。 2.硬件电路 本系统的硬件电路主要由数据传输处理与控制电路，超声波发射电路，超声波接收处理电路，键盘按键电路，温度补偿电路和数码显示电路构成。 2.1超声波发射电路 2.2超声波接收处理电路 超声波接收处理电路由超声波接收探头R，二级集成运算放大电路和RC滤波电路，检波电路组成。 测试距离较远的情况下，超声波的回波是很弱的，因而转换为电信号的幅值也较小，为获得较强的接收信号，本电路采用了二级集成运算放大器LM358来满足电路要求。 经研究，频率为40KHz的超声波在空气中传播效率最佳，但电路在发射和接收超声波的过程中会串入干扰信号，故引入电阻电容元件组成二阶RC高通滤波电路。 检波电路由检波二极管，电阻，电容组成。检波出来的信号不能作为单片机的中断输入，需经一个电压比较电路。电压比较器的电源为5V，调节外围可调电阻，用示波器观测其输出，当输出有跳变时，就可得此二电阻的最佳值。若该集成块没有接收到检波后的信号时，输出逻辑状态不会发生变化，此时输出为高电平，只要一接收到信号，哪怕检波后的信号非常微弱，由于有比较电压电路的功效，其输出变为一个低电平，作为一个中断信号INT0送给单片机P3.2口。 2.3温度补偿电路 校正方法: 通过试验确定在传播介质中超声www.LWlm.Com波速度C与温度T之间的关系曲线, 经实践证明温度T与声速C之间的关系为式（1-2）,C＝331.5＋0.607Ｔ(m/s)。按一定的温度间隔截取得到一个速度与温度的关系表格, 最后编制成程序存入超声波测距传感器的软件系统。在进行测距时, 系统通过温度传感器DS18B20获得介质的实时温度, 然后从速度与温度关系表格中取出对应速度, 从而求出测试距离。 2.4数据传输处理与控制电路 本系统以AT89S52单片机为核心来实现对各部分电路的控制和响应。 2.5键盘控制与数码显示电路 单片机采用中断扫描方式对键盘扫描输入。采用一位键盘控制超声波的发射。当有键按下时，INT1即引脚P3.3向单片机发出外部中断请求，单片机响应该中断请求，从P3.4送出一串40kHZ脉冲串信号经超声波驱动电路发射。此种方法仅当有键按下时才对键盘进行扫描,无键按下则不对键盘进行扫描。这样可以充分利用单片机资源，提高利用率。 数码显示采用动态扫描，因其精度要求达到厘米级，故采用了四个数码管用于显示距离，二个数码管用来显示温度。有键按下时，显示初值00.0055，当接收到回波时，显示所测距离及当前温度值。将所有数码管的8个段线相应地并接在一起，并接到 AT89S52的P0口，由P0口控制字段输出。而各位数码管的共阳极由AT89S52的P2口控制7407芯片来实现6位数码管的位输出控制。 3.软件设计 由于超声波发射探头与接收探头相隔很近,当发射超声波时,接收探头会收到很强的干扰信号。为防止系统的误测,在软件上采用延迟接收技术,来提高系统的抗干扰能力。一旦按下开始按键,即发送发射超声波的指令,同时单片机控制系统开始执行程序,完成对温度获取,然后获得发送接收超声波的时间间隔Δt,最后计算出距离值。本系统软件采用模块化设计,由主程序、发射脉冲串子程序、测温子程序、测距子程序、显示子程序等主要模块组成。主程序框图如图3-1所示。 4.总结 超声测距仪系统利用超声波传感器实现无接触式空气测距，并充分考虑到环境温度对超声波传递速度的影响，通过温度补偿的方法对传递速度予以校正，因此具有较高的测量精度。本系统具有测量精度高，反应速度快等特点，适www.LWlm.Com用于工业测距、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。 参考文献： [2] 杨忠煌.黄博俊.李文昌编.单芯片8051实务与应用.中国水利水电出版社.2001年6月. [3] 何希才.传感器及其应用电路.电子工业出版社.2003年1月. [4] 康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社.2000年6月. [6] 沙占有等编.集成化智能传感器原理与应用.电子工业出版社.2002年7月