智能超声波测距仪的研制

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1、万方数据单片机开发与应用文章编号：1008-0570(2007)06—2--0101-02智能超声波测距仪的研制Developmentofintelligentultrasonicmeter洒南科技大学1刘成安孙涛LIUCHENGANSUNTAO摘要：为了满足智能化、无接触距离测量要求，自主研制了一种性价比高、体积小的智能超声波测距仪，该测距仪以ATmega8单片机为控制核心，本文给出其具体实现方案。对该系统进行的实验，验证了本文提出的方法的正确性和有效性，并能够达到较高的测量精度。撇：ATmega8；超声波：距离测量中图分类号：TP216+．

2、1文献标识码：AAbstract：Inordertomeetthetestingrequirementofintelligentandnon—contact，inthemeterdistance，asortofintelligentultrasonicmeterwithsmallvolumeandhighperformance／priceratioisinventedthatarebaseonATmega8MCUcontr01．Thengivetheprojeetsoftwareandhardwaremethods．Thetestresults

3、demonstratethevalidityofallthemethodsproposedinthisdissertation．andthetestshowthatthisintelligentultrasonicmeterhashighaccuracy．Keyword：ATmega8，Ultrasound。Measuringdistance引言液位测量广泛应用于石油化学工业中，实现非接触、智能化测量是液位计的发展方向。传统的液位测量方法主要有以下几种：浮子测量法、人工检尺法、玻璃液位计以及电容式液位计等，它们的特点都是与被测物接触。本文设计一

4、种超声波测距仪，其最大特点是测量液面与感应元件非接触。超声波是指频率大于20KHz，并且能在连续介质中传播的弹性机械波，超声波方向性好，经过专门设计可定向发射，遇到界面时将发生反射、折射以及波形的改变，超声波在空气中的传播速度为334m／s(常温下)。利用超声波在介质中传播时，这些好的物理桴

5、生进行设计，使得超声波在测距中的灵活性、精确度大幅提高。本文所设计的智能化超声波测距仪，由超声波传感器(俗称探头)、控制器(ATmega8单片机)、显示器、键盘以及外接运算放大电器等辅助电路构成。整体方案为当按下测量键，探头就发送超声波，当超声波遇到障碍物

6、时将产生回波信号；系统将探头接收到的回波信号放大送入控制器，计算出所测距离并将其液晶屏上显示出来。超声波测距基本原理声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标，而返回声源的时间可以测量得到，那么就可以计算出从声波到目标的距离。这就是本系统的测量原理，即：L=％Vf(1)上式中，L为待测距离，v(m／s)为超声波在空气中的速度，t为往返时间。由于超声波在空气中的传播速度与温度T弹位：摄刘成安：副教授基金项目：国家863计划项目(2

7、003AAll6060)氏度)有如下关系v=331．45+0．61T(2)在常温下，温度每变化1摄氏度，超声波速度变化O．6m／s。所以通过测温电路测量出当前温度，就可以计算出超声波在当前温度下的传输速度。通常声速随温度的变化比较大，因此产生的测量误差也比较大，所以若是在环境温度变化较大的环境下进行测量时，需要考虑声速补偿的问题。时间t可以通过脉冲计数的方法间接测量，也就是将时间转化为对计数脉冲个数N的测量，假定计数脉冲的频率为f，则公式(1)可写成L=％，(3)2系统硬件设计超声波测距仪的结构框图如图1所示，主要由显示电路，键盘电路，测温电路

8、、主控制器及辅助电路、超声波谐波载波调理电路、超声波回波接收处理电路以及超声波发送(接收)器组成，发射、接收器选用400STl60。控制器采用ATmega8单片机，外接8MHz晶振。l赫嚣r控一舭⋯⋯路卜[三三l竺卜+制器叫⋯⋯～卜[三三三厂i—b显示器采用Philips生产的PCD8544(诺基亚3310液晶)，这是一款只有8根数据线的LCD，液晶点阵为48*84点，单片机通过PB口与PCD8544进行数据传输。测温电路采用二极管IN4148作为测温元件，其工作原理为：晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电

9、压在温度每升高1℃时，下降一2mV，利用这种特性，～般可以直接采用二极管(如玻璃封装的开关二极管IN4148)或采用硅三极管(可将集电极和基极短接)接