数字技术与应用
超声波测距系统设计
荆红莉王品
王
（陕西省榆林学院陕西榆林
涛
719000）
·应用研究·
摘要：超声测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光，无电测距方法相比，具有不受外募光线及电碳等图素影响的优点，在比校否务的环境中电具有一定的连应能力，且结构间单，成本低，因此，在工业控制。建效测量，机器人定位方面再到了应用。本设计以AT89C51单片机为核心，发射电路74HC04六反相器，接妆电路LM741，通过接妆到信号放大和整形，录终输出负脉冲给单片机响应中断，通过LED静妇端方式显示出来，本设计测量范国20e-2m，误差在2em左右，
关键词：超产波
单片机测路
中图分类号：TP273.5 1引言
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(201008-0092-01
对于限定范围式超声波传感器，通过控制
在常温常压下。超声波在理想气体中的传播速度为：
M(m/s)式中，M为气体的率
C=vRrt
尔质量，r为气体的定压比热Cp与定容比热 cr之比，R为率尔气体常数，T为热力学温度。对于一定的气体，T、R，M为定值。由公式可知：声速与热力学温度的平方根成正比。在湿度T为273.16K，气压为标准大气压情况下，空气中声速的实验值为：CO=
(3
31.45±0.05)m/s，在其他条件保持稳定，计算不同温度时，空气中的声速可用下式计
算.C=C0VT+T0
T0(m/s),式中,T0=27
3.16K，在实际测量中，我们可以根据声速与温度的关系作相应的温度补偿，超声波测距的方法有多种，如相位检测法，声波幅值检测法和凌越时间检测法等，超声测距最常用的是渡越时间检测法，其原理为：超声传感器发射超声波，在空气中传播至被测物，经反射后由超声传感器接收反射波，并转化为电信号，测量出发射和接收信号之间的时间差t，即渡越时间。利用，s=vt/ 2，即可算得传感器与反射点间的距离s，测量距离d=Vs2-(h
h，则das如
2)2,若s
果使发射、接收传感器非常接近时，h0，则d=vt2。其中，d为超声波发射器到被
测物体之间的距商，
V为超声装在媒体中
传播的速度，；t为从发射超声波到接收到超声波之间的时间差。
2超声波传感器系统的构成
超声波传感器系统由发送器、接收器、控制部分以及电源部分构成。发送器常使用直径为15mm左右的陶瓷摄子，将瓷握子的电振动能量转换为超声波能量并向空中辐射。除穿透式超声被传感器外，用作发送器的陶瓷报子也可用作接收器，陶瓷据子接收到超声波产生机械据动，将其变换为电能量，作为传感器接收器的输出，从面对发送的超声波进行检测。
控制部分判断接收器的接收信号的大小或有无，作为超声波传感器的控制输出，
92
数字技术与应用方方数据
距离调整回路的门信号，可以接收到任意距离的反射波，另外，通过改变门信号的时间或宽度，可以自由改变检测物体的范圈，
超声波传感器的电源常由外部供电，一般为直流电压，电压范图为12*24V，土10%，再经传感器内部稳压电路变为稳定电压供传感器工作。
超声波传感器系统中关键电路是超声波发生电路和超声波接收电路。可有多种方法产生超声波，其中最简单的方法就是用直接能击超声波报子，但这种方法需要人参与，因而是不能持久的，也是不可取的。为此，在实际中采用电路的方法产生超声波，报据使用目的的不同来用其振需电路。
3电路的调试
通过多次实验，对电路各部分进行了测量、调试和分析。首先测试发射电路对信号放大的倍数，先用信号源给发射电路输入端一个40kHz的方波信号，峰一峰值为3. 8V，经过发射电路后，其信号峰一峰值放大到10V左右.40kHz的方波驱动器驱动超声改发射头发射超声波，经反射后由超声波接收头接收到40kHz的正弦波，由于声波在空气中传播时衰减，所以接收到的波形幅值较低，经接收电路放大，整形，最后输出一负酰变，在单片机的外部中断源输人端产生一个中断请求信号。该测距电路的40k Hz方波由单片机编程产生，方波的周期为1/40ms，即25μs，半周期为12.5μs，每隔半周期时间，让方波输出脚的电平取反，便可产生40kHz方波。由于12M品振的单片机的时间分辨率是1μs，所以只能产生半周期为12μs或13μs的方被信号，额率分别为4 1.67kHz和38.46kHz。本系统在编程时选用了后者，让单片机产生约38.46kHz的方波，
4结语
超声波传感器是本系统的核心器件，
单片机是本系统的控制部分。驱动超声波传感器的40kHz的方波信号，就是由单片机编程产生的。本系统的发射电路采用74HC 04六反向器，通过它对单片机产生的方波信号进行放大，以驱动传感器工作，接收电路采用的是LM741，通过接收电路对接收到的信号进行放大和整形，最终再输出负脉冲给单片机响应中断程序，本系统的LE D显示部分采用的是静态扫描方式，并用单片机软件译码。单片机内部采用C语言编程，方波信号的产生，时间差的读取，距离的计算以及显示输出的译码都由单片机编程完成。
本设计的超声波测距系统具有测量精度较高、速度快、控制商单方便等优点。测距范围从20cm到200cm，测量精度在±2cm 内。测距系统在许多工业现场和自动控制场合，部有很重要的作用。但由于经验不足，电路硬件、软件部分都有不够完善的地
方，在今后的学习中会进一步改进，参考文献
[1]牛余明，成曙.基于单片机的超声波测距
系统[J].太原理工大学学报，2005，13(1):5162,65
[2]卜英雾，何永强，赵海鸣等一种高精度超
声波测距仪测量精度的研究[].郑州大学学报（工学版），2006，14(2)：3041，， 43.
[3]夏路易，单片机技术基确教程与实践
[M].北京：电子工业出版社，2008：102.[4]蒙日章，吴志勇，基于AT89C51单片机的
超声波测距系统设计[].计量与测试技术，200532.
[5]李建忠，单片机原理及运用[M].西安：西
安电子科技大学出版社，2007：12.