基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的研究與設(shè)計

此外，還有幾點需要說明的是：
(1)定時器T1之所以是65 ms溢出是因為它是16位定時／計數(shù)器(65 535)。在使用12MHz的晶振時，由于周期T=1/f=1／[(12×106)／12]=1μs，則一個機(jī)器周期是1μs，計數(shù)器每65 ms計數(shù)器溢出。
(2)本設(shè)計中40 kHz方波的產(chǎn)生采用軟件方式實現(xiàn)：控制P1.0口輸出12μs的高電平，再輸出13μs的低電平，這樣得到一個周期的40 kHz的脈沖，再循環(huán)發(fā)送8次。
(3)在CPU停止發(fā)送脈沖群后，由于電阻尼，換能器不能立即停止發(fā)送超聲波，在一段時間內(nèi)仍然會發(fā)送，故這段時間內(nèi)不可立即開啟INT0接收回波，要等待一段后以避免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測物就直接繞射到接收端，這段被稱為“虛假反射波”。從發(fā)射開始一直到“虛假反射波”結(jié)束這段時間，不開放INT0中斷申請，可有效躲避干擾，但也會造成測試的“盲區(qū)”。本次設(shè)為1 ms，假定溫度為20℃，則測量盲區(qū)為s=1×10-3×344／2≈17．2 cm。
(4)最大測試距離將取決于：兩次脈沖群發(fā)送之間的最小時間間隔和脈沖的能量。一般來說，發(fā)射端脈沖個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。但也不是無限制的，本次讀取定時器T0的計數(shù)值，最大能測試的距離是T0尚沒溢出，故在溫度20℃下，最大測試距離為s=vt／2=65 535×344／(2×106)=11．272 m。在一些周期性發(fā)射超聲波設(shè)備中，如果要測試的最大距離是10 m，則兩次脈沖群之間的最小時間為t=2×s/v=2×10／344≈60：ms 。

5 結(jié)束語
為了驗證系統(tǒng)的測量精度，在實驗室進(jìn)行了實地測量。利用本系統(tǒng)對20～1 000 cm范圍進(jìn)行了多次測試，經(jīng)補(bǔ)償后最大誤差達(dá)2 cm，線性度、穩(wěn)定性和重復(fù)性都比較好。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、實時LCD顯示和報警、帶溫度補(bǔ)償、抗干擾性能好等優(yōu)點。系統(tǒng)的誤差主要來自于發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波是呈喇叭狀擴(kuò)散傳播、被測物的表面不光滑且不一定垂直于兩探頭的軸線而導(dǎo)致所反射回來的波也許是從不同點獲得，此外電子元器件自身的時延、干擾等也造成一定影響?？梢愿鶕?jù)具體場合，選擇合適功率的探頭，以及調(diào)整程序中脈沖的頻率、寬度和個數(shù)等提高精度或測量距離，擴(kuò)大系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。