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          51單片機設計的超聲波測距器

          作者: 時間:2012-06-07 來源:網絡 收藏

            3.檢測接受電路

            參考紅外轉化接收期刊的電路采用集成電路CX20106A,這是一款紅外線檢波接收的專用芯片,常用于電視機紅外遙控接收器??紤]到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距頻率40KHz較為接近,可以利用它作為檢測電路。實驗證明其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當改變C4的大小,可改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。

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          超聲波接收電路圖

            五、系統(tǒng)程序設計

            超聲波測距軟件設計主要由主程序,超聲波發(fā)射子程序,超聲波接受中斷程序及顯示子程序組成。下面對超聲波的算法,主程序,超聲波發(fā)射子程序和超聲波接受中斷程序逐一介紹。

            1.超聲波的算法設計

            下圖示意了超聲波測距的原理,即超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出的一個超聲波信號,當超聲波遇到被測物體后反射回來,就被超聲波接收器R所接受。這樣只要計算出發(fā)生信號到接受返回信號所用的時間,就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。

            距離計算公式:d=s/2=(c*t)/2

            *d為被測物與的距離 ,s為聲波的來回路程,c為聲速,t為聲波來回所用的時間

          聲速c與溫度有關,如溫度變化不大,則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高,則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定后,只要測得超聲波往返時間,即可求得距離。在系統(tǒng)加入溫度傳感器來監(jiān)測環(huán)境溫度,可進行溫度被償。這里可以用DS18B20測量環(huán)境溫度,根據不同的環(huán)境溫度確定一聲速提高測距的穩(wěn)定性。為了增強系統(tǒng)的可靠性,應在軟硬件上采用抗干擾措施。

             不同溫度下的超聲波聲速表
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          2.主程序

            主程序首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化,設置定時器T0工作模式為16位的定時計數器模式,置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P2清0。然后調用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖,為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā),需延遲0.1ms(這也就是測距器會有一個最小可測距離的原因)后,才打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用12MHz的晶振,機器周期為1us,當主程序檢測到接收成功的標志位后,將計數器T0中的數(即超聲波來回所用的時間)按下式計算即可測得被測物體與測距儀之間的距離,設計時取20℃時的聲速為344 m/s則有:

            d=(C*T0)/2 =172T0/10000cm(其中T0為計數器T0的計數值)

            測出距離后結果將以十進制BCD碼方式LED,然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。主程序框圖如下

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          3. 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序

            超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1.0端口發(fā)送2個左右的超聲波信號頻率約40KHz的方波,脈沖寬度為12us左右,同時把計數器T0打開進行計時。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號,一旦接收到返回超聲波信號(INT0引腳出現低電平),立即進入中斷程序。進入該中斷后就立即關閉計時器T0停止計時,并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號,則定時器T0溢出中斷將外中斷0關閉,并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。

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          六、軟硬件調試及性能

            超聲波測距儀的制作和調試,其中超聲波發(fā)射和接收采用Φ15的超聲波換能器TCT40-10F1(T發(fā)射)和TCT40-10S1(R接收),中心頻率為40kHz,安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距4~8cm,其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來,則可提高抗干擾能力。根據測量范圍要求不同,可適當調整與接收換能器并接的濾波電容C4的大小,以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。

            硬件電路制作完成并調試好后,便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間,以適應不同距離的測量需要。根據所設計的電路參數和程序,測距儀能測的范圍為0.07~5.5m,測距儀最大誤差不超過1cm。系統(tǒng)調試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析,不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。

            后續(xù)工作需實驗后才能驗證

            根據參考電路和集成的電路器件測距范圍有限10m以內為好。


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