基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計

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九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報（鄒曉娥：基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計）基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計鄒曉娥，李良仁（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，江西九江%%!""(）

!-摘

要：利用超聲波測量距離是一種有效的非接觸式測距方法，本文介紹單片機控制的超聲波測距系統(tǒng)的原理，給出系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件控制流程，并在數(shù)據(jù)處理中采用了溫度補償修正。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠，測量精度高的優(yōu)點。關(guān)鍵詞：單片機；超聲波；測距；補償中圖分類號：)*’+文獻標(biāo)識碼：,文章編號：&""’$’-!!（!""#）"%$""!-$"!!"$&’()*,-#’&$./-0"!$+-&."1"-#2,&%34#"56-#7’&89$:8’5:2+,./0124$5676289$:8（;<289>4?3283B)5?C8?3D4A95，;<289，;389E，%%!""(）;<#,-.：7’5G?25@4I53<:@C5JF38?5K2C4<@?48@?LM<F89<@348?K3H5N)C5O3O52@4J<?5@C5K4:P89O:8?O54@C5FMF5I?48@4AJLM?CO?4IO<@:@C5C3JK35?4IO4858@38JF4@K35$?48@4AJO:4?5F，38J@C5@IO53<:?4IO58F@483I58JI58@28J3O:4?5F89N7’O:4H5J@C5FMF5I253M@4O535K2C:A3LA@M38JC9CI53<:89O:?F48N="4>’,7#：DCO?4IO<@:，0A:F48?K3H5，Q2@8?5I53<:I58@，D4IO58F@48引言超聲波在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療技術(shù)、日常生活中的應(yīng)用越來越多。超聲波在介質(zhì)中傳播時在不同界面上具有反射的特性，由于它有指向性強、方向性好、傳播能量大、傳播距離較遠等特點，所以常用于測量物體的距離、厚度、液位等。其傳播速度與介質(zhì)的密度和彈性特性有關(guān)，它在空氣中的傳播速度為%R"I／F。超聲波測距的方法有渡越時間法、頻差法、幅值法等，本文利用超聲波特性、渡越時間法，以采用S)+’D-&單片機作為核心控制器件，應(yīng)用T434J#""系列超聲波傳感器、T434J#-""系列超聲波距離模塊，實現(xiàn)超聲波非接觸式測距。由于超聲波在空氣中傳播速度會隨介質(zhì)溫度的升高而增大，影響測量精度，給出了修正方案。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于位移和距離測量。!超聲波測距工作原理超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播，到達測量目標(biāo)或障礙物后反射回來，其所經(jīng)歷的時間與超聲波傳播的路程的遠近有關(guān)，測試傳輸時間可以得出距收稿日期：!""#$"%$!#：鄒曉娥

離，只要從測量點某一時間發(fā)射超聲波，并測量該聲波返回的時間即可實現(xiàn)測距。假如6（I）表示物體之間的距離，測得的時間為)（F），傳播速度為>（I／F）表示，則有以下關(guān)系式：!U"?#／!（I）但傳播速度會隨環(huán)境溫度變化而變化。在空氣中的傳播速度，若以@（V）表示環(huán)境溫度，則傳播速度為#U%%&W-X"W#$（I／F）氣溫為&-V的音速為%R"W-I／F，!-V的時候為%R#W-I／F，測試距離約有!Y的誤差。測量時按上式對超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。"系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成框圖如下圖&所示。該超聲波測距系統(tǒng)由Z58[FD4IO公司生產(chǎn)的T434J#""系列超聲波傳感器、T434J#-""系列超聲波距離模塊和S)+’D-&單片機構(gòu)成。T434J#""超聲波傳感器是集發(fā)射和接收一體的傳感器，發(fā)射頻率為R’WR%&.，發(fā)射角度為%"度。超聲波傳感器有一定慣#%+#$+"3352=3@4A2AA52=322++@FG5@HF52@@3@2A:F2:8:F，222AG:A525::FG::A5F:@5323@F2@FFF4:@@52222F252225@32F3F532作者簡介萬方數(shù)據(jù)（&’#($），女，九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師。A:2A:2A:2A:2#%+#$+"3352=3@4A2AA52=322++@FG5@HF52@@3@2A:F2:8:F，222AG:A525::FG::A5F:@5323@F2@FFF4:@@52222F252225@32F3F532作者簡介萬方數(shù)據(jù)（&’#($），女，九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師。A:2A:2A:2A:2A:2九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報

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<&=)>(&<=*>AB&#(*>(’D5E#F>#(7&’AE性，發(fā)送結(jié)束后有一定余振，這種余振擾亂了系統(tǒng)捕捉返回信號，造成超聲波傳感器的測量范圍受到限制，最近可測量!"#$。當(dāng)接收回波時，%&(&+,-..內(nèi)部有一個調(diào)諧電路，使得只有/01/!"2信號才能通過，其他頻率信號則被過濾，內(nèi)部集成了放大器，對返回微弱超聲波信號加以放大。圖3系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖單片機45607-3用來對%&(&+,..系列超聲波傳感器和%&(&+,-..系列超聲波距離模塊的控制，單片機通過%31.引腳來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機不停的檢測895.引腳，當(dāng)895.引腳電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就認為超聲已返回，計數(shù)器所計的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時間，通過換算可計算出超聲波和障礙物之間的距離，由單片

!系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)程序流程如圖:所示，單片機45607-3先把%31.置.，啟動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，并啟動內(nèi)部定時器5.開始計時。為抑制輸出干擾，消除超聲波發(fā)送余振，檢測返回信號需在啟動發(fā)射信號后:1!6$;才可以檢測。超聲波碰到障礙物后返回，45607-3不斷掃描895.引腳，當(dāng)895.腳接收的信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，表明信號已返回，程序進入中斷，關(guān)閉定時器，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可得出被測距離，并輸出顯示。"誤差及結(jié)論由于受環(huán)境溫度、濕度的影響，超聲傳感器的測量值與實際值總有一些偏差，表3為測距系統(tǒng)的實驗修正表。可以看出測量距離越小，測量相對誤差較大。產(chǎn)生誤差的原因，主要來自溫度的影響，以及超聲波發(fā)射器和接收器間小距離間隔，引起的信號多重反射等。表3測距系統(tǒng)實驗修正表單位：#$機處理后通過液晶顯示所測的距離。

實際值

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30-溫度的影響雖然加了溫度修正，但由于聲波傳播過程中，溫度在一個梯度方向，各點溫度有上下浮動，且測溫器存在誤差，所以仍會給聲速的測量帶來影響，給距離測量帶來一定的誤差。且超聲波在空氣中傳播，隨傳播距離的增加，其強度因空氣吸收而減弱，呈指數(shù)規(guī)律下降，且超聲波頻率越高，衰減得越快，同樣給測量帶來誤差?；趩纹瑱C的超聲波測距系統(tǒng)，通過溫度補償修正，在測量距離適當(dāng)范圍內(nèi)，測量精度基本可以達到要求。由于它的測量可靠、容易控制，可以適用于多種位移和距離測量。圖:系統(tǒng)控制程序流程圖萬方數(shù)據(jù)’?*@(C&*’’E’)*’)*’)*’?*@(C&*’’E’)*’)*’)*基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次數(shù)：

鄒曉娥，李良仁，ZOUXiao-e，LILiang-ren九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系,江西九江,332007九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報JOURNALOFJIUJIANGVOCATIONALANDTECHNICALCOLLEGE2006，(3)0次相似文獻(10條)1.期刊論文雷建龍基于單片機的超聲波液位測量儀-儀表技術(shù)與傳感器2004(6)介紹了用集成鎖相環(huán)路解碼器LM567作為超聲波檢測元件,以89C51單片機作為主控元件的超聲波液位測量的原理、電路及測控程序.用超聲波測量液位具有不與被測介質(zhì)接觸、可測量低溫介質(zhì)、無可動部件、壽命長等優(yōu)點;以LM567作為超聲波檢測元件可降低系統(tǒng)的價格,提高超聲波捕捉能力;采用單片機來控制超聲波的發(fā)射與接收,并且計算出液位,使檢測具有更高的智能性.對由于超聲波聲速變化及LM567輸出延時引起測量誤差的原因作了詳細的分析,并提出了提高調(diào)整波速精度及調(diào)整輸出延時的措施.實驗表明:該液位測量儀具有較高的準(zhǔn)確度和可靠性,并且價格低廉,具有廣泛的用途.2.期刊論文裴玖玲.屈百達.PEIJiuling.QUBaida基于單片機8089的超聲波電源控制技術(shù)的研究-現(xiàn)代電子技術(shù)2008,31(9)針對目前大功率超聲波電源采用模擬控制電路存在精度低、動態(tài)響應(yīng)慢、參數(shù)整定不方便等缺點,采用單片機8089組成智能控制的超聲波電源系統(tǒng).提出了基于SPWM技術(shù)的雙閉環(huán)控制策略和應(yīng)用單片機實現(xiàn)軟鎖相的工作原理和軟件思想,使整個超聲波電源實現(xiàn)了低損耗、高功率因數(shù),優(yōu)化了電路的整體性能.3.期刊論文宋繼紅.SONGJi-Hong基于單片機的高精度超聲波液位檢測系統(tǒng)-機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新2009,22(3)介紹一種使用超聲波進行液位檢測的微機控制系統(tǒng)及其硬件組成和相應(yīng)軟件流程圖.為使測量具有較高的精度,系統(tǒng)在測量方式上采用在容器底部放置超聲波探頭的回波檢測法,使超聲波在液體中來回傳播以穩(wěn)定超聲波傳播速度.該系統(tǒng)由脈沖發(fā)射電路,變增益接收電路,溫度補償電路和相應(yīng)的控制電路組成.4.期刊論文李春玲.LIChun-ling基于單片機的高精度超聲波液位檢測系統(tǒng)-電子科技大學(xué)學(xué)報2006,35(3)介紹一種使用超聲波進行液位檢測的微機控制系統(tǒng)及其硬件組成及相應(yīng)軟件流程圖.為使測量具有較高的精度,系統(tǒng)在測量方式上采用在容器底部放置超聲波探頭的回波檢測法,使超聲波在液體中來回傳播以穩(wěn)定超聲波傳播速度;在硬件上引入專用定時芯片8254,以提高傳播時間的分辨率,同時8254的時標(biāo)信號由具有較高穩(wěn)定頻率的多諧振蕩電路產(chǎn)生;在軟件算法上減少舍去誤差.系統(tǒng)測量精度可準(zhǔn)確到厘米.5.期刊論文李曉峰.姬志國.樊琛基于AT89C2051單片機和超聲波控制的廚用爐灶節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計-電子元器件應(yīng)用2009,11(1)介紹了一種利用超聲波來控制廚用爐灶火焰的節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計方案,給出了基于單片機控制電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路以及軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法.該系統(tǒng)具有抗干擾能力強,控制準(zhǔn)確,節(jié)能充分等優(yōu)點.6.期刊論文張坤鵬.王子樑.孫俊清.ZHANGKun-Peng.WANGZi-Hang.SUNJun-qing基于ATmega單片機的超聲波數(shù)字識別系統(tǒng)設(shè)計-自動化與儀表2008,23(7)分析了超聲波信號傳輸?shù)奶攸c,運用ATmega單片機設(shè)計了基于超聲波的調(diào)制與解調(diào)電路,并且利用有限狀態(tài)機建模,設(shè)計了發(fā)送與接收的軟件算法,從而實現(xiàn)了數(shù)字信號的發(fā)送與接收.通過使用數(shù)字通訊協(xié)議實現(xiàn)了基于超聲波的數(shù)據(jù)包通訊,達到模仿RFID進行數(shù)字識別的功能.7.期刊論文閆飛.張景霞.趙慶海.YANFei.ZHANGJingxia.ZHAOQinghai基于51單片機的超聲波雙張檢測器設(shè)計-中國印刷與包裝研究2009,1(3)雙張檢測器是印刷機最基本的檢測裝置.本文在總結(jié)現(xiàn)有雙張控制方法的特點和不足的基礎(chǔ)上提出了一種基于MCS-51單片機的超聲波雙張檢測方法,并對該方法的檢測原理、硬件電路、檢測程序做了詳細的論述.該方法具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于擴展的特點.8.期刊論文安宗權(quán).冷護基.AnZhongquan.LengHuji基于ATmega8單片機的超聲波測距儀-計算機測量與控制2005,13(11)利用超聲波測量距離是一種有效的非接觸式測距方法;基于ATmega8單片機的超聲波測距儀采用渡越時間法進行超聲波測距,介紹了其硬件及軟件設(shè)計方案,并對其由溫度變化帶來的誤差進行了補償;該測距儀