超声波传感器及超声波测距：超声波传感器及超声波测距.doc

超声波传感器及超声波测距
摘要:介绍了一种基于AT89C52单片机的超声波测距系统,由555和运放及比较器配合超声波传感器有效组成了超声波的发射电路和接收电路。同时在数据处理,盲区消隐方面提出了有效解决方法! 从而提高了检测的精度及灵敏度,以及用LCD液晶显示器配合美妙的音乐进行显示。本文主要阐述了超声测距系统的硬件电路构成、工作原理及软件设计方法。该系统硬件结构简单、工作可靠,有良好的测量精度和灵敏度。
[关键字] 超声波测距 LCD液晶
前言
随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多方便。这一设计就是本着这个宗旨出发,利用超声波的特性来为我们服务。
人们能听到声音是由于物体振动产生的,它的频率在20HZ-20KHZ范围内,超过20KHZ称为超声波,低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。由于超声波指向性强,因而常于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人,汽车安全,海洋测量等上得到了广泛的应用。本设计提供一种液晶显示测距装置,该装置利用了发射接收一体化的超声波传感器和微处理器。采用超声波传感器分时工作于发射和接收,利用声波在空气中的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物到超声波测距器之间的距离。
距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,所以,测距就成为数据采集中要解决的一个问题。尽管测距有多种方式,比如,激光测距,微波测距,红外线测距和超声波测距等。但是,超声波测距不失为一种简单可行的方法。虽然超声波测距电路多种多样,甚至已有专用超声波测距集成电路。但是,有的电路复杂,技术难度大,有的调试困难,有的元件不易购买。本文介绍的电路,成本低廉,性能可靠,所用元件易购,并且利用测距原理,结合单片机的数据处理,使测量精度提高,电路实现容易,无须调试,工作稳定可靠。
目录
前言.......................................................... II
第一章绪论................................................... 4
1.1 选题背景及研究意义.................................... 4
第二章方案论证............................................... 5
2.1 超声波测距原理........................................ 5
2.2 系统的工作原理........................................ 5
第三章系统硬件电路的设计..................................... 7
3.1 AT89C52单片机......................................... 7
3.2 超声波发射电路........................................ 8
3.3 超声波接收电路....................................... 11
第四章系统软件设计.......................................... 12
4.1超声波接收发射软件设计................................. 12
4.2 LCD液晶显示部分软件设计.............................. 13
4.3超声波传感器程序............................................................ ......15
结论.......................................................... 19
参考文献...................................................... 20
第一章绪论
1.1选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
在日常生活中,有各种各样的测距仪。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势。而且超声波还有其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点。超声波测距是一种非接触式测量,广泛应用于倒车防撞雷达、

超声波传感器及超声波测距：超声波传感器及超声波测距

《超声波传感器及超声波测距》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声波传感器及超声波测距（21页珍藏版）》请在人人文库网上搜索。

1、 超声波传感器及超声波传感器及超声波测距超声波测距 摘要：摘要：介绍了一种基于 AT89C52 单片机的超声波测距系统，由 555 和运放及比较 器配合超声波传感器有效组成了超声波的发射电路和接收电路。同时在数据处理， 盲区消隐方面提出了有效解决方法! 从而提高了检测的精度及灵敏度,以及用 LCD 液晶显示器配合美妙的音乐进行显示。本文主要阐述了超声测距系统的硬件电路 构成、工作原理及软件设计方法。该系统硬件结构简单、工作可靠,有良好的测量 精度和灵敏度。 关键字关键字 超声波 测距 LCD 液晶 前言前言 随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中, 给我们的生活带来

2、了诸多方便。这一设计就是本着这个宗旨出发,利用超声波的特 性来为我们服务。 人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在 20HZ-20KHZ 范围内，超 过 20KHZ 称为超声波，低于 20HZ 的称为次声波。常用的超声波频率为几十 KHZ- 几十 MHZ。由于超声波指向性强,因而常于距离的测量。利用超声波检测往往比较 迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用 的要求,因此在移动机器人,汽车安全,海洋测量等上得到了广泛的应用。本设计提 供一种液晶显示测距装置,该装置利用了发射接收一体化的超声波传感器和微处理 器。采用超声波传感器分时工作于发射和接收,利用声

3、波在空气中的传播速度和发 射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物到超声波测距器之间的距离。 距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,所以,测距就成为数据采 集中要解决的一个问题。尽管测距有多种方式,比如,激光测距,微波测距,红外线 测距和超声波测距等。但是,超声波测距不失为一种简单可行的方法。虽然超声波 测距电路多种多样,甚至已有专用超声波测距集成电路。但是,有的电路复杂,技术 难度大,有的调试困难,有的元件不易购买。本文介绍的电路,成本低廉,性能可靠, 所用元件易购,并且利用测距原理,结合单片机的数据处理,使测量精度提高,电路 实现容易,无须调试,工作稳定可靠。 目目 录录 前言

4、.I 第一章 绪论 .1 1.1 选题背景及研究意义.1 第二章 方案论证 .2 2.1 超声波测距原理.2 2.2 系统的工作原理.2 第三章 系统硬件电路的设计 .4 3.1 AT89C52 单片机 .4 3.2 超声波发射电路.5 3.3 超声波接收电路.8 第四章 系统软件设计 .12 4.1 超声波接收发射软件设计 .12 4.2 LCD 液晶显示部分软件设计 .13 4.3 超声波传感器程序. .15 结论 .19 参考文献 .20 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 选题背景及研究意义选题背景及研究意义 1.1.11.1.1 选题背景选题背景 在日常生活中，有各种各样的测距仪。

5、与激光测距、红外线测距相比,超声波 对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾 的恶劣环境,在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势。而且超声波还有其指 向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点。超声波测距是一种非接触式测量, 广泛应用于倒车防撞雷达、机器人接近觉、海洋测量、物体识别等领域。距离是 在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,所以,测距就成为数据采集中要解决 的一个问题。 1.1.21.1.2 研究意义研究意义 本设计是超声波测距仪装置,该装置利用了发射接收一体化的超声波传感器和 微处理器。采用超声波传感器分时工作于发射和接收,利用声波在空气中的传播速

6、 度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物到超声波测距器之间的距 离。因此经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实 现。在日常生活中起了广泛的作用。 第二章第二章 方案论证方案论证 2.12.1 超声波测距原理超声波测距原理 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。目前较为常用的是压电式超声波发生

7、器 超声波测距通常采用度越时间法,即利用 s=vt/2 计算被测物体的距离。式中 s 为收发头与被测物体之间的距离, v 为超声波在介质中的传播速度(v=331. 41+T/273m/s),t 为超声波的往返时间间隔。工作原理为:发射头发出的超声波以 速度 v 在空气中传播,在到达被测物体时被其表面反射返回,由接收头接收,其往返 时间为 t,由 s 算出被测物体的距离。T 为环境温度,在量精度要求高的场合必须考 虑此影响,但在一般情况下,可舍去此法,由软件进行调整补偿。 由于超声波也是一种声波，其声速 c 与温度有关，附表 1 列出了几种不同温 度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可

8、认为声速是基本不变的。如果 测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得 超声波往返的时间，就可以求出距离。这就是超声波测距原理。 表 1 温度与声速的关系 温度（）30  声速（m/s） 2.22.2 系统的工作原理系统的工作原理 系统的工作是由软件和硬件的配合过程。先由微机使 555 使能端置 1，继而 555 送出 40kHz 频率的方波信号经过压电换能器（超声波发射头）将信号发射出 去及发射超声波,同时该时刻启动定时器开时计时。该信号遇到障碍物反射回来在 此称为回波。同时,压电换能器（

9、超声波接收头）将接收的回波及接收超声波,通 过信号处理的检波放大，及通过三级放大后再送到比较器进行比较输出比较电压, 输出电压经过三极管以后，使之电压与 AT89C52 的 I/O 口相匹配最后送至微机处 理。最后进行 LCD 液晶显示同时配上美妙的音乐。超声波测距系统设计框图如图 2.1 所示。 微处理器 AT89C52 LCD 液晶显示 温度采集 超声波发射 超声波接收 音乐播放 5V 电源 图 2.1 超声波测距系统组成框图 第三章第三章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 硬件电路主要分为单片机系统及显示电路、超声波发射电路、超声波接收电 路和电路音乐回放电路等部分组成。 3.1AT

10、89C523.1AT89C52 单片机单片机 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8KB 的可反复檫写的程序存储器和 12B 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内 配置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机 可灵活应用于各种控制领域。 单片机正常工作时，都需要有一个时钟电路，和一个复位电路。本设计中选 择了内部时钟方式和按键电平复位电路，来构成单片机的最小电路。如图 3.1 所 示。 AT8

11、9C52 Vcc GND GND C3 22U F R2 1K R1 200 RESET 晶 振 C2 30P F C1 30P F Vcc XTAL1 RST XTLL2 Vss 图 3.1 单片机的最小电路 3.1.13.1.1 时钟电路时钟电路 计算机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍的进行的，这个脉冲 是由单片机控制器中的时序电路发出的。单片机的时序就是 CPU 在执行指令时所 需控制信号的时间顺序。为了保证各部件间的同步工作。单片机内部电路就在惟 一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。要给单片机提供时序要有相 关的硬件电路，即振荡器和时钟电路。因此选择了内部时钟方式。利用蕊片

12、内部 的振荡器，然后在引脚 XTAL1 和 XTAL 两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定 的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路如图 1 所示，外接晶振时， C1 和 C2 值通常选择为 30PF 左右。C1，C2 对频率有微调作用。晶体的频率范围可 在 1.212MHZ 之间选择。在实际连接中，为了减少寄生电容，更好地保证振荡器 稳定。可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机蕊片靠近。 3.1.23.1.2 复位电路复位电路 有图可以看出，是按键电平复位电路，相当于按复位键后复位端通过电阻与 Vcc 电源接通。复位是单片机的初始化操作。单片机在启动运行时，都需要先复 位，其

13、作用是使 CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状 态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进 行复位的，必须配合相应的外部电路来实现。 3.23.2 超声波发射电路超声波发射电路 发射电路由 555 构成的多谐振荡器和超声波发射头组成。 3.2.13.2.1 多谐振荡器多谐振荡器 采用 555 构成多谐振荡器可以实现宽范围占空比的调节!并且电路设计简单! 占用面积小。 如图 3.2 所示 ，由单片机 AT89C52 的 P2.3 口发出同步脉冲信号! 该同步脉冲启动多谐振荡器!使其输出 40KHZ 的高频电压信号! 经过整形直接加至 超声波换能

14、器探头! 根据逆压电效应! 产生振动频率为 40KHZ 的超声波。 TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 U1 NE555 R1 10K R2 10K 5V C1 0.1UF C2 0.01U F P2.3 VC 图 3.2 超声波发射电路 接通电源后，电容 C 被充电，VC 上升，当 VC 上升到 2/3VCC 时，触发器被复 位，同时放电 BJT T 导通，此时 Vo 为低电平，电容 C 通过 R2 和 T 放电，使 VC 下 降。当 VC 下降到 1/3VCC 时，触发器又被置位，Vo 翻转为高电平。电容器 C 放电 所需的时间为

15、CRCR tpl 27 . 0ln2 2 当 C 放电结束时，T 截止，VCC 将能过 R1，R2 向电容器充电，VC 由 1/3VCC 上升到 2/3VCC 所需的时间为 CRRCRRtPH217 . 0ln21 2 当 VC 上升到 2/3VCC 时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得 到一个周期性的方波，其频率为 CRRtt f PLPH 221 43 . 1 1 由于 555 内部的比较器的灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频 率受电源电压的温度变化的影响很小。 Vc PH t PL t V o 2/3vcc 1/3vcc 图 3.3 555 的工作波形图 从 555

16、 的工作波形图，可看出占空比是固定不变的。为了调解的方便，我把 R1 和 R2 都换成了电位器，就形成了占空比可调的电位器。使的超声波的发射电 路更加具有高效性。也能满足波尽可能的减小失真。从面达到测距更长的效果。 3.2.23.2.2 超声波传感器超声波传感器 从图 3.2 超声波的发射电路上看还有一个超声波传感器。它具有把电信号转 化为机械信号，同时又能把机械信号转化为电信号的功能。在设计中选择了压电 式超声波发声器。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 3.4 所示，它有两个压电晶片和一个共振板。压电晶 体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它

17、可以将电能转变成机械振荡而产生 超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接 收器。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。本文所采用的超声波传感器是 T/R-40- 16（其中 T 表示发送，R 表示接收，40 表示频率为 40KHZ，16 表示其外径尺寸， 以毫米计） 压电晶片 电极 共振板 图 3.4 超声波传感器结构 3.33.3 超声波接收电路超声波接收电

18、路 超声波接收电路包括由 MC3403 构成的三级回波放大电路以及 LM358 电压比较 整形电路两部分,与超声波接收传感器 T-40-16 配合使用,实现超声波的接收功能。 3 2 1 411 U3A MC3403 5 6 7 U3B MC3403 10 9 8 U3C MC3403 C8 1000P C9 1000P C12 1000P C13 0.1UF R1 10K R2 10K R3 10K R4 10K R5 10K R6 1M R7 1M 5V R? POT2 R? POT2 R? POT2 R? POT2 R1 10K 5V 5V C13 0.1UF C13 0.1UF 3 2

19、 1 84 U?A LM358 R? POT2 R? RES2 5V Q1 NPN R10 5.1K 5V P2.5 图 3.5 超声波接收电路 3.3.13.3.1 放大电路及其参数的设计放大电路及其参数的设计 当测量距离较大时,超声波的回波较弱,这时候就需要将信号放大,否则其转换 成电信号的幅值也会比较小。如图 3.5 所示,设计中,采用三级放大电路,将信号最 大能放大 50 万倍。其中运算放大器 IC3A、IC3B 放大倍数为 100 倍,IC3C 放大倍 数为可调的。根据公式 Au=R6/R4(以第一级放大电路为例),可以求得各放大电路 的参数。计算后,取值如下，R3=10K，R4=1

20、0K，R6=1M，R7=1M。第三给放大是可调 的 Au=Rx/R2.其中 R2=10K。Rx 为 500K 可调的滑动变阻器。所以放大倍数是在 （050）之间。从图 3.5 中，可以看到各个运放的基准电压都是可调的。这样更 有利于达到自己想要的理想结果。超声波接收头接收到的 40 kHz 反射波交流信号。 电容 C5、C9、C12 的作用为滤掉直流信号,对电容的大小无特别要求,所以一律选 为 1000PF。其中的放大电路是由 MC3403 构成的。MC3403 是四低功耗运算放大器。 它的引脚结构如图 3.6 所示。 图 3.6 MC3403 的引脚结构 3.3.23.3.2 电压比较电路及

21、其参数的设计电压比较电路及其参数的设计 电压比较器的功能是比较两个电压值的大小,例如,将一个信号电压 U1 和另一 个参考电压 UR 进行比较,在 U1UR 和 U1UR 时,电压比较器输出两个不同的电平, 即高电平和低电平。比较器的输出通常只有高电平和低电平两个稳定状态,因此它 相当于一个受输入信号控制的开关,当输入电压经过阈值时开关动作,使输出从一 个电平跳转到另一个电平。系统中,比较器的作用是将信号电压与设定的基准电压 相比较,当信号电压大于基准电压时,比较器输出正脉冲,Q1 导通,P2.5 接收负脉冲 信号,单片机 CPU 发出中断,记录发射信号与接受信号之间的时间,并计算距离。在 比

22、较器的设计中要考虑两点因素:第一,要使 Q1 导通;第二,要使经过三极管以后的 电压与 AT89C52 的 P2.5 口相匹配。为了 在实际应用时能得到合适的参数,将 R10 设计为最大阻值为 5.1 k 的电阻,这样, R10 的阻值便可得到满足上述条件的电压信号。用做电压比较器的的 LM358，从图 3.5 可以看出比较器的的基准电压是可调的，因为从超声波接收的信号，要求有 很高的灵敏度和精度，从放大电路出来的电压变化是非常微妙的，必须配和可调 的基准电压采能满足进行比较达到达到设计中的需要。LM358 内部包括有两个独 立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单

23、电 源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压 无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电 的使用运算放大器的场合。图 3.7 为 LM358 的引脚结构图。 图 3.7 LM358 的引脚结 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 系统软件部分包括主程序、中断子程序和其他子程序。主程序完成系统初始 化后调用 LCD 液晶显示程序，再调用测距在内的各个子程序完成距离测量并显示 输出。各子程序主要有:延时子程序、距离计算子程序及 BCD 码转换子程序，压缩 BCD 码乘法子程序，压缩 BCD 码加子法程序等。主程序流程图如图 4.1 所示。

24、 4.14.1 超声波接收发射软件设计超声波接收发射软件设计 4.1.14.1.1 距离计算问题距离计算问题 超声波发射接收所测距离的软件设计中，让单片机省去了繁杂的除法计算。 以 170 乘上超声波从发射到接收的时间。即有压缩 BCD 码乘法进行计算。当然我 们知道，定时器计数的最大值是 us,如果以这个时间乘以 170m 距离能达到 11.m.。因此在设计中，考虑到用上了定时器 0 溢出标志 TF0。当超声波从 发射到接收的时间超过了 us，就把 TF0 置 1，然后软件将 TF0 清 0。接着开 始计数。最后是把后来的计数时间乘以 170。所得的结果加上

25、11.N。N 为 TF1 置 1 次数。即调用压缩 BCD 码加法。最后就进行解压缩进行显示。把所得的 结果的每一位分配到不同的地址上。最后就根据地址确定位数了。超声波接收发 射软件流程图如图 4.2 所示。 4.1.24.1.2 串扰问题串扰问题 设计中,超声波发射极和接收极距离较近,这样,当发射极发射超声波后,有部 分超声波没经过障碍物反射就直接绕射到接收极上,这部分信号是无用的,会引起 系统误测。设计中采用延时技术来解决这个问题,并设定延时时间为 1 ms,即在发 射极发射超声波 1 ms 内,没有启动定时器 ,接收电路对此期间接收到的任何信号 不予理睬,1 ms 后立即启动

26、 T0,这时接收到的信号才有效,并在接收到回波信号的 同时,T0 停。此时 T0 所记录的 CPU 发送脉冲信号的前沿到回波脉冲信号之间的时 间才是需要的. 4.24.2 LCDLCD 液晶显示部分软件设计液晶显示部分软件设计 Y N 初始化 LCD 刷新 LCD 调用 DS18B20 调用 LCD 显 示 按键等待 返回测距初始化 超声小波发射接收 距离计算 LCD 显示 图 4.1 主程序流程图 4.2.14.2.1 二二/ /十进制数十进制数(BCD(BCD 码码) )的转换问题的转换问题 为了简化硬件电路和节省转换时间,首先用二进制对每 1 位十进制数字编码, 即 BCD 码,这种编码

27、方式的特点是保留十进制的权,而数字用二进制表示。这时获 得的是压缩的 BCD 码,要想获得要显示的十进制数,还必须执行一个分 离 BCD 码的子程序分别屏蔽每一字节高低 4 位,然后将所获得的高低 4 位分别存放在 1 个字节中。 TF0=0 Y N Y N TF0=1 发射超声波脉冲 查询定时溢出 有回波吗 计算距离 调用液晶显示 初始化 按键等待 计时开始 停止计时 图 4.2 超声波接收发射软件流程图 4.34.3 超声波传感器程序超声波传感器程序 #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint un

28、signed int sbit rs=P22; sbit rw=P21; sbit lcden=P20; sbit StartKey=P11; sbit C_send=P10; uchar table1=Times:0000us; uchar table2=Dista:0000cm; uint CTime=0,CDistan=0; uchar sendNum=0; void delay(uint x) uint a,b; for(a=x;a0;a-) for(b=10;b0;b-); void write_com(uchar com) rs=0; rw=0; P0=com; /lcde

29、n=0; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; void write_date(uchar date) rs=1; rw=0; P0=date; /lcden=0; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; void LCDinit() write_com(0 x38); write_com(0 x0f); write_com(0 x06); write_com(0 x01); void LCDDisp(uint time ,uint distance) uchar a; write_com(0 x80); delay(2

30、0); table16=0 x30 + time/1000; table17=0 x30 + time%1000/100; table18=0 x30 + time%1000%100/10; table19=0 x30 + time%10; table26=0 x30 + distance/1000; table27=0 x30 + distance%1000/100; table28=0 x30 + distance%1000%100/10; table29=0 x30 + distance%10; for(a=0;a12;a+) write_date(tab

31、le1a); delay(20); write_com(0 xc0); delay(50); for(a=0;a12;a+) write_date(table2a); delay(40); void Time_init(void) TMOD=0 x11; /设置定时器 1，定时器 0 均为 16 为定时/计数器 TH1=0 xff; TL1=0 xf4; TH0=0 x00; TL0=0 x00; ET1=1; /打开计数器 1 中断 /ET0=1; void sysinit(void) EA=0; Time_init(); IT0=1; /INT0 上的电

32、平从高到低的负跳变有效 EX0=1; void ChaoSend(void) C_send=1; sendNum=0; TR1=1; /启动定时器 TR0=1; void interrupt3() interrupt 3 TR1=0; C_send=C_send; TH1=0 xff; TL1=0 xf4; if(sendNum=20) TR1=0; else sendNum+; TR1=1; void interrupt0() interrupt 0 TR1=0; TR0=0; EA=0; CTime=(TH0* 256 + TL0

33、) * 12.0/11.0592; /CDistan=340 * CTime//2*100; CDistan=170*CTime/*100; TH0=0 x00; TL0=0 x00; void main() /uchar a; sysinit(); LCDinit(); while(1) /EA=1; if(StartKey=0) EA=1; ET0=1; ChaoSend(); LCDDisp(CTime, CDistan); /CTime=0; /CDistan=0; EA=0; 结论结论 系统测量范围较大(最大限定 2.5

34、 m),测量误差小,所用都是常规部件,具有较 强的实用价值。另外,由于其结构简单、体积小、抗干扰性能好,所以比较适用于 行走机器人。当然,要满足更高的精度要求,还须进行适当改进,例如可增加温度补 偿单元;在某些特殊场合的应用中,还要考虑超声波的入射角、反射角以及超声波 传播介质的密度、表面光滑度等因素。在设计中感觉在硬件方面还存在的诸多问 题。在超声波发射电路中，曾经试用过晶体管来加大功率，但是无法达到预想的 效果。在超声波接收接收电路中，波形失真太大，而且杂波信号也非常的强，有 时候甚至超过接收到的信号，结果是肯定达不到灵敏度和精度要求。也尝试过在 放大电路后出来加上整流电路，把交流信号转化

35、直流信号送到比较器进行比较结 果也无法达到预想的效果。而且整个系统相当的不稳定，必须要时不时地进行调 试，才能使系统正常的工作。如果要进一步展开研究，在超声波发射电路中，加 上达林顿管，进行两级功率放大，可能能过使超声波发射的更长，达到距离更远 的效果。在超声波接收电路中，可以当超声波接收到信号，将机械信号转化为电 信号时，就进行整流，把交流信号转化为直流电压信号，然后进行三级放大，可 能能达到比较好的果。也可以在超声波接收电路加上高阻滤波电路和低阻滤波电 路，滤除杂波，只让 40KHZ 的信号能过，这样就可以消除外界的干扰。或者还可 以，将比较器换在音频译码集成块 LM567，把它调成只让

36、40KHX 的信号通过，当 接收到 40KHZ 的信号时，输出端就变成低电平，可以触发单片机，这样就可以使 系统更稳定。 参考文献参考文献 1 LM567.PDF. MAXIM INTEGRATED PRODUCTS 1997 2 MAX232.PDF. TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED 1998 3 MC3403.PDF. STMICROELECTRonICS 1998 4 ULN2004.PDF. STMICROELECTRonICS 2002 5 DS18B20.PDF.DALLAS SEMIConDUCTOR CROP 2000 6 何立民.单片机应用技术选

37、编（5）.北京：北京航空航天大学出版社 1997 7 楼然苗等.51 系列单片机设计实例.北京：北京航空航天大学出版社 2003 8 胡汉才.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社 1996 9 张迎新等.单片机初级教程.北京：北就航空航天大学出版社 2000 10 康华光.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社 1997 11 康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社 1997 12 刘文涛.单片机应用开发实例.北京：清华大学出版社 2005 13 李光飞等.单片机课程设计实例指导.北京：北京航空航天大学出版 2004 14 余永权.ATMEL89 系列单片机应用技术.北京：北京航空航天大学出 2002 15 付家才.单片机控制工程实践技术.北京：化学工业出出版社 2004

超声波传感器及超声波测距：超声波传感器测距原理与模块使用

超声波 ultrasonic (waves)：
人类耳朵能听到的声波频率为20HZ～20KHz。当声波的振动频率大于20KHz或小于20Hz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20KHz赫兹的声波称为“超声波”。因其方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。如超声波清洗机，超声波加湿器，医学检查B超，彩超，超声波探伤仪等。
声音是由振动产生的，能够产生超声波的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。
常用的是压电式超声波发生器，是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波传感器探头内部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。 超声波传感器就是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换成超声波发射出去；而在接收时，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距原理：
最常用的超声测距的方法是回声探测法，如下图，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
超声波发射电路：由555定时器产生40KHZ的脉冲信号，加到超声波探头的引脚上，使内部的压电晶片产生共振，向外发射超声波。
超声波接收电路： 由于超声波接收探头产生的电信号非常弱，需要进行放大处理，下图，由晶体管和运算放大器LM324构成放大电路，对接收信号放大后，驱动继电器。
一般采用集成的信号放大器芯片，对信号进行放大处理。CX是SONY公司的专用集成前置放大器，由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出微弱电压时放大器有较高的增益,在近距离输入信号强时放大器不会过载。?
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。V = 331．4 + 0．607T ，式中，T为实际温度单位为℃，v为超声波在介质中的传播速度单位为m／s
实际测量时由于传感器和被测物体的角度不同，被测物体表面也可能是不是平整的，产生几种特殊情况，会导致测量结果错误，如下图，可以通过旋转探头角度多次测量来解决。
超声波传感器的主要性能指标包括：
（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
　　（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
　　（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高。
超声波测距模块： 市场上有很多做好的测量模块，价格性能不一。
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能， 测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：
(1)采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号;
(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；
(3)有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;

超声波传感器及超声波测距：超声波传感器测距方法详解

在日常生产生活中，超声波测距传感器主要应用于汽车的倒车雷达、及机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等需要自动进行非接触测距的场合。目前有两种常用的超声波测距方案。一种是基于单片机或者嵌入式设备的超声波测距系统，一种是基于CPLD(Complex Programmable Logic Device)的超声波测距系统。想要了解超声波测距传感器的相关应用设计首先我们必须了解超声波传感器测距的工作原理。
超声波传感器测距工作原理
超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是指频率大于20 kHz的在弹性介质中产生的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。由于超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。
目前超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离例如：
假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t／s，超声波传播速度为v／m·s－1表示，则有关系式(1)
s=vt／2 (1)
在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。
v=331．4+0．607T (2)
式中，T为实际温度单位为℃，v为超声波在介质中的传播速度单位为m／s。

超声波测距传感器工作原理
?
超声波测距原理是通过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时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。而超声波测距传感器，采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，采用小角度，小盲区超声波传感器，具有测量准确，无接触，防水，防腐蚀， 低成本等优点。超声波测距传感器常用的方式是1个放射头对应1个接收头，也是多个发射头对应1个接收头基于超声波测距的简单、易于操作和无损伤等特点所以要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距传感器的工作原理。
对于超声波测距工釆网小编向大家推荐一款韩国Hagisonic 超声波测距传感器模块 - HG-C40U。
超声波测距传感器模块拥有两种可选传输模式，分别是自由运行模式：有电源时，传感器自身发送触发和突发信号(用于基本应用)；外部触发模式：外部系统(控制器或处理器电路)控制触发信号用于高级应用，这两种模式适用于各种用途，此外该传感器还涉及两种输入电源一种是低压(5V)适用于处理器电路另一种是高压(12V)适用于控制器可测量到障碍物的距离为3.5m (at 5V)、5m (at 12V)，并用UART通讯发送数据，分辨率在5mm以内。另一方面在各种场合用户可根据自身环境选择不同的设置模式比如自由运行/ UART触发/外部触发设置等，同时也可根据测UART通讯波特率设定决定是否设置使用环形缓冲区，输出信号具有高性能ASIC芯片，保证稳定传输、灵敏接收等特点，因此传感器到PC的通讯使用‘接口板’(RS232,功率调节器)数据显示使用PC上的监控程序(可用超级终端)可以将实际接收的超声波实时放大用UART(ASCII, mm)输出距离数在根据实时将探测信号转为TTL电平矩形信号(方波)。

转载请注明出处：传感器应用_仪器仪表应用 – 工采资讯