超声波测距仪设计

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1、超声波测距仪一、功能要求设计一个超声波测距仪，可以测量测距仪与被测物体间的距离。要求测量范围0.1~4.00没，测量精度1cm，测量时与被测物体不接触，并将测量结果显示出来。二、系统硬件电路1．单片机系统及显示电路单片机采用89C51或89S51。采用12MHz高精度晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用p1.0端口输出超声波换能器所需的40Hz方波信号，利用外中断0口监测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳极LED数码管，段码用74LS244驱动，位用PNP8550驱动。2．超声波发射电路主要由74LS0

2、4和超声波换能器T构成。这种推挽形式的方波信号可以提高发射强度。反相器并联提高驱动能力。上拉电阻R1、R2提高74LS04输出高电平的驱动能力。3．超声波接收电路CX20106A是接收38KHz超声波的芯片，可利用它做接收电路。4．系统程序超声波测距仪的软件主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。主程序：开始系统初始化等待反射超声波发送超声波脉冲计算距离显示结果丢系统初始化，设置T0为方式1，EA=1，P0，P2清0。为避免超声波发射器直接接传送到接收器，需要延时0.1ms。由于时钟的频率是12MHz，计数器每计一个

3、数就是1us。如果按声速344m/s，则d=c*t/2=172T0cm超声波发生子程序：通过P1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号，脉宽12us，同时T0计数。超声波测距仪利用中断0检测返回的超声波，一旦接收到返回的信号，立即进入中断。中断后就立即关闭T0停止计时。如果计数器益出则测试不成功。3方案设计和选择根据本次设计的要求，方案的选择应力求实用性强，性价比高，使用简单。3.1超声波测距的基本原理谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称

4、为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。3.1.1超声波发生器　　为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的

5、是压电式超声波发生器。3.1.2压电式超声波发生器原理　　压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。3.1.3超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声

6、波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2。由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。在使用时，如果传播介

7、质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的基本原理。如图3-1所示：超声波发射障碍物SHθ超声波接收图3-1超声波的测距原理（3-1）（3-2）式中:L---两探头之间中心距离的一半.又知道超声波传播的距离为:(3-3)式中:v—超声波在介质中的传播速度;t—超声波从发射到接收所需要的时间.将（3—2）、（3—3）代入（3-1）中得：(3-4)其中,超声波的传播速度v在一定的温度下

8、是一个常数(例如在温度T=30度时,V=349m/s);当需要测量的距离H远远大于L时,则(3—4)变为:(3-5)所以,只要需要测量出超声波传播的时