超聲波測(cè)試程序設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1引言引言超聲波測(cè)距作為一種典型的非接觸測(cè)量方法，與激光測(cè)距、紅外線測(cè)距相比，超聲波對(duì)外界光線、色彩和電磁場(chǎng)不敏感，更適于黑暗、電磁干擾強(qiáng)、有毒、灰塵或煙霧的惡劣環(huán)境，在識(shí)別透明及漫反射性差的物體上也更有優(yōu)勢(shì)。由于聲波在空氣中傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光線和無線電波的傳播速度，對(duì)于時(shí)間測(cè)量精度的要求遠(yuǎn)小于激光測(cè)距、微波測(cè)距等系統(tǒng)，因而超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路易實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低，且超聲

2、波在傳播過程中不受煙霧、空氣能見度等因素的影響，在各種場(chǎng)合均得到廣泛應(yīng)用，如倒車防撞雷達(dá)、海洋測(cè)量、物體識(shí)別、工業(yè)控制，建筑工程測(cè)量和機(jī)器人視覺識(shí)別。2超聲波測(cè)距基本原理超聲波測(cè)距基本原理超聲波測(cè)距的基本工作原理是測(cè)量超聲波在空氣中的傳播時(shí)間，由超聲波傳播時(shí)間和傳播速度來確定距離障礙物的距離，即脈沖回波方式。該方式的基本電路框圖如圖1所示。由發(fā)射傳感器、發(fā)射電路、接收傳感器、接收放大電路、回波信號(hào)處理電路和單片機(jī)控制電路等幾部分組成。發(fā)

3、射電路是一個(gè)工作頻率為40khz的多諧振蕩器，多諧振蕩器受單片機(jī)控制，產(chǎn)生一定數(shù)量的發(fā)射脈沖，用于驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射傳感器，并激勵(lì)出超聲波在空氣中傳播，遇障礙物反射而返回。超聲波接收傳感器通過壓電轉(zhuǎn)換的原理，將由障礙物返回的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于該信號(hào)幅度較?。◣椎绞畮缀练?，因此須由低噪聲放大、40khz帶通濾波電路將回波信號(hào)放大到一定幅度，且干擾成分較少，并由回波波號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，送至單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間測(cè)量和距離的顯示。超

4、聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340ms，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離（s），即：s=ct2。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器t0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在int0端產(chǎn)生一

5、個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。3超聲波測(cè)距的誤差分析超聲波測(cè)距的誤差分析3.1環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精度的影響超聲波接收電路由高速運(yùn)算放大電路和超聲波接收傳感器組成，其原理電路如圖3所示。超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量衰減程度與傳播距離成正比，所以超聲波傳感器接收信號(hào)一般在1mviv之間。接收電路采用由lm318高速運(yùn)算放大器組成兩級(jí)信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大，以滿足增益帶寬和轉(zhuǎn)換速率的要求。

6、當(dāng)超聲波接收傳感器接收到返回的超聲波信號(hào)，接收傳感器將超聲波脈沖變?yōu)榻蛔冸娦盘?hào)，經(jīng)放大器放大后進(jìn)行處理。測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī)p1.0端口，單片機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，在p1.0端口輸出一個(gè)40khz的脈沖信號(hào)，通過超聲波發(fā)射電路發(fā)射出去，同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器t0，定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)反射物將超聲波反射回來，超聲波接收電路接受處理，輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在into端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷子

7、程序，讀取超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差，最后經(jīng)過換算得出超聲波傳感器與反射物之間的距離。4.2系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包括主程序、溫度采集子程序、發(fā)射子程序、計(jì)算子程序、數(shù)碼顯示子程序、外部中斷子程序和定時(shí)器中斷子程序。主程序完成初始化后調(diào)用發(fā)射子程序，由p1.0口發(fā)射脈沖，驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，并關(guān)外部中斷，計(jì)數(shù)器t0開始計(jì)時(shí)；為防止虛假回波的干擾，在延時(shí)一段時(shí)間后，開中斷。當(dāng)有外部中斷信號(hào)時(shí)，單片機(jī)就停止t0的計(jì)時(shí)，計(jì)算出渡越時(shí)間t并存