淺談AT89C52單片機在超聲波測距儀當中的應用

長安大學 李 星

淺談AT89C52單片機在超聲波測距儀當中的應用

長安大學 李 星

目前國內(nèi)一般使用專用集成電路設計超聲波測距儀，但是專用集成電路的成本很高，并且沒有顯示，操作使用很不方便。所以一般運用于專業(yè)領域,民用產(chǎn)品中運用較少。AT89S52單片機由于其性能的特殊性及成本較低，若將其運用于在超聲波測距系統(tǒng)當中就能夠在降低成本的同時實現(xiàn)對中近距離障礙物進行實時測量的測距裝置，它能對障礙物進行適時、適量的測量，起到智能操作，實時監(jiān)控的作用。

AT89C52 超聲波 測距

一、緒論

隨著計算機技術和傳感器技術的迅猛發(fā)展，計算機和傳感器的價格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術改造農(nóng)業(yè)不僅是可能的而且是必要的。將高新技術應用與汽車產(chǎn)業(yè)，實施實時監(jiān)測已成為我國汽車工業(yè)以及交通部門的一項重要任務，是減少我國交通事故發(fā)生的重要措施之一。一種能對中近距離障礙物進行實時測量的測距裝置，它能對障礙物進行適時、適量的測量，起到智能操作，實時監(jiān)控的作用的設計迫在眉睫。

二、超聲波測距儀概要

超聲波測距儀是利用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2。超聲波測距主要應用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。目前國內(nèi)一般使用專用集成電路設計超聲波測距儀，但是專用集成電路的成本很高，并且沒有顯示，操作使用很不方便。超聲波指向性強,穿透能力強,能量消耗緩慢,在介質(zhì)中傳播的距離較遠,因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。但由于超聲波傳感器的成本較高,所以一般運用于專業(yè)領域,民用產(chǎn)品中運用較少。考慮到一般情況下對測距的要求較低,可在一定程度上犧牲其精確度和測距范圍,從而降低成本,使其運用范圍大大擴展。

三、超聲檢測技術國內(nèi)外的發(fā)展

1993測量技術革命。徠卡測量系統(tǒng)在法國Batimat展出世界第一臺手持式激光測距儀，并被授予Batimat創(chuàng)新獎。徠卡第一代迪士通結實耐用、可靠精密的特性引起了人們的關注。后來相繼推出了二、三、四、五代產(chǎn)品。徠卡測量系統(tǒng)推向市場的第五代迪士通產(chǎn)品中，新增了兩款獨特的型號，徠卡迪士通l ite5和classci5。一鍵按發(fā)使測量變得前所未及的簡單便捷，在0.2m到200m之間，單次測量時間用不到1秒！用lite5，每項工作如測距、計算面積或體積都能用已明確定義的按鍵輕易實現(xiàn)。classic5則以輕觸式的鍵盤和為方便長距離測量而內(nèi)置的望遠鏡給人留下深刻印象。

我國超聲檢測技術是從無到有，從低級階段逐漸發(fā)展到應用普及的現(xiàn)階段水平。直到1978年10月，中國建筑科學院研制出JC-2型便攜式超聲波檢測儀。該儀器采用TTL線路，數(shù)碼顯示，儀器重量為5Kg。同期研制出的超聲檢測儀器還有SC-2型，CTS-25型，SYC-2型超聲波檢測儀。從此，我國有了自己生產(chǎn)的超聲波儀器，為推廣應用無損檢測技術奠定了良好的基礎。隨著檢測技術研究的不斷深入，進一步要求以后生產(chǎn)的超聲儀能夠具有雙顯及內(nèi)帶有單板機的微處理功能。隨后具有檢測，記錄，存儲，數(shù)據(jù)處理與分析等多項功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。

四、AT89C52單片機

AT89C52ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機。片內(nèi)含8KbyTES的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256byTES。的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH由存儲單元，功能強大AT89C52單片適用于許多較為復雜控制應用場合。

其主要性能有：

與MCS-51系列單片機產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33MHz、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標識符。

五、測量與控制方法

聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標的距離就可以精確地計算出來。這就是本系統(tǒng)的測量原理。

超聲波測距儀可以實現(xiàn)雙向測距，所以需要進行測距選擇，而這個測距選擇就以自動選擇功能來實現(xiàn)。本文所論述的超聲波測距系統(tǒng)主要由聲波發(fā)射電路，回波接收電路和單片機控制電路及LCD顯示電路，靈活性強，可靠性高，計算簡單，易于做到實時控制，價格便宜等優(yōu)點。

六、器件選型

1. 成芯片CX20106。集成芯片CX20106在接收部分電路中起了很大的作用。CX20106是一款應用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強、性能優(yōu)越、外圍接口簡單、成本低等優(yōu)點，由于紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz比較接近，而且CX20106內(nèi)部設置的濾波器中心頻率f0五可由其5腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為30～60kHz。故本次設計用它來做接收電路。

2. 其余元件選擇。采用四位LED數(shù)碼顯示管。電阻、電容、導線若干。

七、結語

設計的最終結果是使此超聲波測距系統(tǒng)能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測量距離。經(jīng)實驗證明，這套系統(tǒng)軟硬件設計合理、抗干擾能力強、實時性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴展和升級，可以有效地解決汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控。

[1] 胡萍.超聲波測距儀的研制.計算機與現(xiàn)代化，2003.10

[2] 華兵.MCS-51單片機原理應用.武漢：武漢華中科技大學出版社，2002.5

[3] 李華.MCU-51系列單片機實用接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，1993.6

[4] 徐淑華，程退安，姚萬生.單片機微型機原理及應用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1999.6.