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    基于51單片機的超聲波測距儀的設計

    2017-07-29 09:44:43郭增濤胡安正
    魅力中國 2017年8期
    關鍵詞:超聲波測距測量精度

    郭增濤++胡安正

    摘要:本文是以AT89C51為核心,靈活的運用超聲波換能集成電路作為超聲波的接收電路,在討論了超聲波測距原理、硬件電路實現(xiàn)和軟件設計方法基礎上,使得該超聲波測距儀可實現(xiàn)測距范圍:0.4m-3.00m。超過3.00m,數(shù)碼管顯示---。測量精度達到0.01m。

    關鍵詞:AT89C51;超聲波測距;測量精度;測距范圍。

    在日常生產(chǎn)生活中很多場合如汽車倒車、機器人避障、工業(yè)測井等需要自動進行非接觸測距。超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離相對較遠等特點,因此常被用于非接觸測距。本文以AT89C51[1][2]為核心,借助于模數(shù)電技術和單片機技術的結合,設計出一種高精度的超聲波測距儀。

    1 系統(tǒng)總體方案

    本系統(tǒng)硬件部分由AT89C51控制器[3][5]組成處理單元、超聲波發(fā)射電路[4]及接收電路、數(shù)碼管顯示電路、按鍵電路組成??傮w框圖如圖1所示。

    2 超聲波測距原理與方法

    其原理為:檢測從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波[4]經(jīng)氣體介質傳播到接收傳感器的時間t,這個時間就是渡越時間,然后求出距離l。設l為測量距離,t為往返時間差,超聲波的傳播速度為c,則有l(wèi)=ct/2。為了進一步提高測量精度,本設計中將根據(jù)需要利用軟件方式增加角度補償?shù)脑O計: 。

    3.硬件電路設計

    系統(tǒng)硬件主要由單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波檢測接收電路、按鍵電路等四部分組成。

    3.1 接收電路設計

    需要一個前置放大電路將這一微小交變電壓信號充分放大,同時考慮可能出現(xiàn)干擾信號,放大有用信號的同時加入

    濾波電路,驅動后面的比較器輸出電位跳變,作為確定接收到的時刻。接收電路如圖2所示。

    3.2單片機顯示電路設計

    選用4位LED示,表示距離的XXXXmm數(shù)值。由數(shù)碼管,通過單片機編程實現(xiàn)顯示,表示距離的XXXXmm數(shù)值。

    該系統(tǒng)由單片機控制,通過NPN的三極管驅動數(shù)碼管。

    4.軟件設計

    超聲波測距系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計,主要包括主程序設計、T1 中斷服務子程,INT0 外部中斷服務子程序、距離計算子程序、顯示子程序和延時子程序等。而超聲波測距發(fā)射子程序在P3.7口產(chǎn)生40kHZ方波脈沖寬度約12us,作為超聲波發(fā)射器的輸出信號。一旦接收到超聲波返回信號后,就立即進入中斷程序。進入中斷程序后就立即關閉定時器,T0停止計時,并將接收到的標志位為1,然后在主函數(shù)里調用計算距離公式,在顯示出來,流程圖如圖3所示。

    5.測量結果與分析

    系統(tǒng)測試結果如表1所示。

    結果分析:由測量數(shù)據(jù)可以看出,該超聲波測距儀可實現(xiàn)測距范圍:0.4m-3.00m,測量精度達到0.01m。

    6.結束語

    由測量數(shù)據(jù)可以看出,該超聲波測距儀可實現(xiàn)測距范圍:0.4m-3.00m,測量精度達到0.01m。本文所設計的超聲波測距系統(tǒng),其結構簡單、體積小、抗干擾性能好,若要滿足更高的精度要求,還須進行適當改進。在某些特殊場合的應用中,還要考慮超聲波的人射角、反射角以及超聲波傳播介質的密度、表面光滑度等因素。

    參考文獻

    [1] 王迎旭.單片機原理與應用[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2004.7.

    [2] 何立明.單片機原理教程[M].北京:北京航空航天大學出版社, 1998.

    [3] 周向紅.51 單片機應用與實踐教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008.5.

    [4] 梁森、歐陽三泰.自動檢測技術及應用[M]. 北京機械工業(yè)出版社2007.3.

    [5] 胡錦等.單片機技術實用教程[M].北京.高等教育出版社,2003.

    通信作者(指導教師):胡安正 湖北文理學院 物理與電子工程學院

    通信作者(指導教師):胡安正 湖北文理學院 物理與電子工程學院

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