基于单片机的超声波测距系统设计

　　0引言

　　随着测量应用需求的发展，人们对于距离的精确测量要求越来越高。因超声波测距是一种非接触检测技术，指向性强，在使用中不受光线、电磁波、粉尘等因素的影响，使得超声波检测技术大量应用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等领域，在医学、军事、工业、农业上有大量应用[1-3]。本文基于单片机设计的超声波测距软硬件系统，应用于视力保护仪的设计，有效实现了对人和电视机间距离的检测。

　　1超声波测距原理

　　超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。超声波测距的常用方法有：

　　①渡越时间法;

　　②频差法;

　　③幅值法等[4-5]。在视力保护仪的设计中采用渡越时间检测法来进行距离的测量，其工作原理如图1所示。

　　设超声波在空气中的传播速度为v，超声波发射电路和超声波接收电路中心距离的一半为L，欲测量的距离为s，则由图1的几何关系可知：

　　其中t为超声波从发射到遇障碍物并返回所经历的时间;v为声波在介质中的传播速率。

　　当s>>L时，cos[arctan(L/s)≈1，即得s=1/2(vt);在空气中，超声波的传输速度与温度有关，空气中声速与环境温度的关系可以表示为：

　　其中T为测试时的环境温度：v0= 331.4m/s。

　　2基于单片机的超声波测距系统设计

　　基于单片机的超声波测距系统如图2所示。

　　经超声波发射单元发射出频率为40KHz的超声波信号，此信号被人(或障碍物)反射回来由超声波接收单元接收，再送往单片机进行分析处理，在测量时同时获取环境温度信息用于超声波速度校准，进而获取距离信息并实时显示。

　　2.1硬件设计

　　系统硬件主要由STC89C52单片机[6]、超声波传感器、超声波发射和接收处理电路、温度检测电路、显示电路、蜂鸣器电路等组成。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS工艺的8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52单片机的P1.0引脚输出一个约10μs的高电平来实现对超声波测距模块的控制，当超声波发射和接收模块接收到该控制信号后，模块自动循环发射出8个40KHz脉冲，驱动超声波传感器发射超声波信号，同时单片机启动T0计时器开始定时;然后单片机不停的检测P1.1引脚，当P1.1引脚由低电平变为高电平则超声波信号已经返回，回响电平的持续时间就是超声波从发射到接收所持续的时间，再通过相应的计算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。