基于ATMEGA8的高精度超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)

摘要 針對(duì)普通超聲波測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量精度低的問題，介紹了一種由ATMEGA8單片機(jī)控制的實(shí)時(shí)超聲波測(cè)距系統(tǒng)，電路主要采用專用時(shí)間測(cè)量芯片TDC—GP21，并考慮了溫度補(bǔ)償，有效地保證了系統(tǒng)則量精度和低功耗特性。
關(guān)鍵詞 TDC-GP21；超聲波測(cè)量；時(shí)間測(cè)量；ATMEGA8

由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中的傳播距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以用超聲波來實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)較為迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。因而超聲波測(cè)距，多應(yīng)用于汽車倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人定位、建筑工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，如液位、井深的測(cè)量等場(chǎng)合。目前，石油石化行業(yè)對(duì)油庫和水箱液面的精確測(cè)量和控制的要求越來越高，基于以上需要，以ATMEGA8為控制核心，利用專用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片TDC—GP21為測(cè)量環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了一種高精度的小型化超聲波測(cè)距系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。

1 超聲波測(cè)距基本原理
超聲波測(cè)量技術(shù)是基于蝙蝠等無目視能力的生物防御及捕捉獵物生存的原理，利用超聲波借助空氣媒質(zhì)傳播，通過遇到障礙物反射回來的時(shí)間間隔長(zhǎng)短及被反射超聲波的強(qiáng)弱判斷障礙物性質(zhì)和位置的方法。本系統(tǒng)采用時(shí)間間隔檢測(cè)法，即測(cè)距時(shí)超聲波發(fā)射器有規(guī)律發(fā)射超聲波，遇到被檢測(cè)對(duì)象后反射回來，通過超聲波接收器接收到反射波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，測(cè)出從發(fā)射超聲波至接收到反射波的時(shí)間差
(時(shí)間間隔t)。t與超聲波傳播速度c相乘可求出被測(cè)距離s，即

由于超聲波的聲速和溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，認(rèn)為聲速基本不變。如果測(cè)距精度要求高，那么可以通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。不同溫度下超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化關(guān)系
c=331．4+0．61T (2)
式中，T為實(shí)際溫度；c的單位為m／s。

2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)超聲波的工作原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的使用需要，設(shè)計(jì)了一種低功耗、高精度、加密數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、便攜式讀寫功能的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖如圖1所示。