超声波测距论文

摘要

超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点。所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。

本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89c51单片机为核心的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，之处了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89c51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业使用的要求。

1 超声波测距的原理

单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离S=ct/2（式中c为超声波在空气中传播的速度）

限制该系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、反射和入射声波之间的家教以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小可测距离。为了增

加所测量的覆盖范围，减少测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。

其系统原理框图如下：

数字显示 功能键 单片机 发射驱动 障碍物 接收处理 图1 超声波测距系统框图

单片机AT89c51发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，读出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LED数码管进行显示。

2 超声波测距系统电路的设计

2.1发射电路的设计

由单片机产生的40kHz的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超声波，发射驱动电路其实就是一个信号放大电路

2.2接收电路的设计

超声波接收头接收到超声波后，转换为电信号，此时的信号比较弱，必须经过放大。

2.3显示模块的设计

LED有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。LED

数码管结构简单，价格便宜。单片机对LED管得显示可分为静态和动态两种。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍显示各自字符，人们由于视觉器官惰性，从而看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。

为了减少硬件开销，提高系统可靠性病降低成本，单片机控制系统通常采用动态扫描显示。但是由于本系统所用地单片机引脚少，剩余引脚很多，而且用了软件译码，这样单片机引脚输出可直接接到LED显示管上，这样省去了外部复杂的译码电路。

3 超声波测距系统的软件设计

单片机编程产生超声波，在系统发射超声波的通过

时利用定时器的计数功能开始计时，接收到回波后，接收电路输出端产生的负跳变在单片机的外部中断服务了程序，停止计时，读取时间差，计算距离，然后通过软件译码，将数据输出P0、P1和P2口显示。