基于AT89S52的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于AT89S52的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)ANYu-lEi

(SchoolofInformation,ZhuhaiCampus,BeijingInstituteofTechnology,Zhuhai519085,China)Keywords:MCU;temperaturecompensation;ultrasonic本文介紹一種以AT89S52單片機(jī)為核心的低本錢、高精度、LCD數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。實(shí)際使用證明該儀器工作穩(wěn)定，性能良好。

1超聲波測(cè)距的根本原理

本設(shè)計(jì)采納超聲波渡越時(shí)間檢測(cè)法。其原理為：檢測(cè)從超聲波放射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間，即渡越時(shí)間。渡越時(shí)間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。考慮實(shí)際狀況，采納異地脈沖反射式來(lái)測(cè)距，即需測(cè)距離是聲波傳輸距離的一半：測(cè)動(dòng)身射和接收回波的時(shí)間差△t，然后求出距離。在速度v已知的狀況下，距離的計(jì)算公式如公式1：

S=v△t/2（1）

超聲波屬于聲波范圍，而聲速與溫度有親密的關(guān)系[4]，因此測(cè)量環(huán)境溫度可以提高測(cè)量精度。聲速和溫度的關(guān)系為：其中T為環(huán)境溫度。

2超聲波測(cè)距系統(tǒng)的總體構(gòu)造設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)方案

超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)要求如下：

1)測(cè)量范圍小于等于5米；

2)測(cè)量誤差小于0.3cm；

3)進(jìn)展溫度補(bǔ)償；

4)以LCD顯示，顯示溫度和距離；

依據(jù)以上要求，測(cè)距儀的設(shè)計(jì)方案如下，共四個(gè)模塊。

①以AT89S52單片機(jī)為主掌握器。該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)中的根底產(chǎn)品，采納了牢靠的CMOS工藝制造技術(shù),具有較高性能的8位單片機(jī)。利用其定時(shí)器計(jì)數(shù)器0實(shí)現(xiàn)超聲波來(lái)回時(shí)間的測(cè)量；③采納超聲波放射接收一體化器件HC-SR04，以降低調(diào)試的簡(jiǎn)單性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3硬件設(shè)計(jì)

3.1掌握模塊設(shè)計(jì)3.2超聲波模塊設(shè)計(jì)

集成電路HC-SR04是一款集放射，接收和掌握一體的超聲波測(cè)距專用模塊。超聲波模塊時(shí)序圖如圖2所示。

其上共有4跟引腳，電源引腳VCC，地引腳GND，觸發(fā)引腳Trig，和反射波檢測(cè)Echo。時(shí)序圖說(shuō)明只要通過(guò)IO口給Trig一個(gè)大于10微秒的TTL高電平既可以觸發(fā)模塊發(fā)送8個(gè)40KHz的方波，并自動(dòng)檢測(cè)是否有超聲波返回。若有信號(hào)返回，通過(guò)IO口Echo輸出一個(gè)高電平，且高電平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從放射到接收的時(shí)間。因此只要測(cè)得Echo脈沖寬帶，結(jié)合聲速就可以計(jì)算出所測(cè)距離。

3.3測(cè)溫模塊通過(guò)單線總線端口訪問DS18B20的協(xié)議主要有：①初始化，也就是主機(jī)檢測(cè)DS18B20的存在；②ROM操作，包括主機(jī)對(duì)DS18B20的讀寫等；③存儲(chǔ)器操作命令；④執(zhí)行測(cè)溫，讀取溫度和溫度轉(zhuǎn)換等。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，計(jì)算出當(dāng)前溫度下的波速，可較準(zhǔn)確的計(jì)算測(cè)量距離。

3.4顯示模塊4軟件設(shè)計(jì)4.1超聲波來(lái)回時(shí)間計(jì)算子程序

voidtest(void)

{StartModual()；//啟動(dòng)超聲波模塊

_nop_();//延時(shí)以防止接收端

_nop_();//接到放射波

_nop_();

_nop_();

_nop_();

while(!Echo);//當(dāng)Echo為零時(shí)等待

TR0=1;//開啟計(jì)數(shù)

while(Echo);//當(dāng)Echo為1

//計(jì)數(shù)并等待

TR0=0;//關(guān)閉計(jì)數(shù)

}

4.2距離計(jì)算子程序voidcalculater()

{

floatv;//聲速

floattp;//溫度

time=TH0*256+TL0;

TH0=0;

TL0=0;

if(temp0x8000)//溫度為正直

tp=temp*0.0625;

else//溫度為負(fù)值

tp=temp*(-0.0625);

c=331.4+0.61*tp;//溫度補(bǔ)償

distance=(time*c/(2*100))/100;

}

5試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

利用游標(biāo)卡尺對(duì)測(cè)距儀標(biāo)定，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1。

利用AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀易于操作，讀數(shù)直觀，功耗較低，體積小，