基于AT89C52的超聲波測距儀的設(shè)計方案

　　測距技術(shù)在物位檢測、醫(yī)療探傷、汽車防撞等民用、工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，由于超聲波的速度相對于光速要小的多，其傳播時間就比較容易檢測，并且易于定向發(fā)射，方向性好，發(fā)射強(qiáng)度好控制，且不受電磁干擾影響，因而利用超聲波測距是一種有效的非接觸式測距方法。但超聲波在不同環(huán)境溫度下傳播速度不同，如忽略溫度影響，將影響最終測量精度。本文介紹的超聲波測距儀采用渡越時間檢測法，使用了DS1 8B20溫度傳感器對現(xiàn)場溫度進(jìn)行檢測，并通過軟件計算實現(xiàn)波速的溫度補(bǔ)償，消除了溫度對測量結(jié)果的影響，使測量誤差降低。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　超聲波測距原理如圖1所示。

圖1 超聲波測距原理

　　式中c--超聲波波速：t--從發(fā)射出超聲波到接收到回波所用時間。

　　限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在4個因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計方法。

　　由于超聲波屬于聲波范圍，其波速c與溫度有關(guān)，經(jīng)過測量得出超聲波的波速與溫度的關(guān)系，如表1所示。

表1 聲速與溫度的關(guān)系表

　　將測量的速度數(shù)據(jù)與溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行一階擬合得出：

　　c=331.6+0.6107xT （2）

　　式中T--當(dāng)?shù)販囟取?/P>

　　在測距時，可通過溫度傳感器自動探測環(huán)境溫度、確定其時的波速c.波速確定后，只要測得超聲波往返的時間t,即可求得距離H,這樣能較精確地得出該環(huán)境下超聲波經(jīng)過的路程，提高了測量精確度。

　　本設(shè)計方案中使用渡越時間檢測法，測距儀工作原理為：在由單片機(jī)發(fā)出驅(qū)動信號的同時，開啟單片機(jī)中的計時器，開始計時。發(fā)射探頭發(fā)射出超聲波，在由接收探頭接收到第一回波的同時停止單片機(jī)計時器的計時，由于超聲波在空氣中的速度已知，根據(jù)公式即可求得探頭與待測目標(biāo)之間的距離。而且，可以在較短時間內(nèi)多次發(fā)出超聲波測量，完成后計算平均值然后顯示。

　　超聲波在相同的傳播媒體里（大氣條件）傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，但其頻率越高，衰減得越厲害，傳播的距離也越短。考慮實際工程測量要求，在設(shè)計超聲波測距儀時，選用頻率f=40kHz的超聲波，波長為0.85cm.