結合溫度補償的超聲波測距系統設計

40kHz的方波由AT89C2051單片機的P3．5驅動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到40kHz的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大、整形，最后輸出一負跳變，輸入單片機的P3．7腳。由于單片機系統的晶振為12M晶振，所以只能產(chǎn)生半周期為12μs或13μs的方波信號，頻率分別為41．67kHz和38．46kHz。本系統在編程時(shí)選用了后者。接收到的信號加到BG1、BG2組成的兩級放大器上進(jìn)行放大。每級放大器的放大倍數為70倍。放大的信號通過(guò)檢波電路得到解調后的信號。這里使用的是IN4148檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結構簡(jiǎn)單，性能較好，制作難度小。
2．3 溫度測量補償電路
在空氣中，常溫下超聲波的傳播速度是334m／s，但其傳播速度受空氣中溫度、濕度等因素的影響，其中受溫度影響較大，如溫度每升高1℃，聲速就會(huì )增加約0．6m／s。因此在相同的間隔測量距離，由于波的傳播時(shí)間是相同的，不同溫度下的聲速不同，所以最終造成測量出來(lái)的距離不相等，在距離測量精度要求很高的情況下，必須要對溫度進(jìn)行測量和補償，以避免溫度對測量精度的影響。本系統選用DS18B20溫度傳感器作為溫度測量、誤差補償裝置，與單片機交換信息僅需要一根I／O口線(xiàn)，其供電電源可來(lái)源于單片機I／O口數據線(xiàn)，而無(wú)需額外電源。不同溫度下超聲波在空氣中傳播速度隨溫度變化的關(guān)系如下：
v=331．4+0．61T (1)
式中，T為實(shí)際溫度(℃)，v為當前環(huán)境下聲速，單位為m／s。

3 系統軟件設計
軟件設計部分采用模塊化設計，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、中斷子程序、溫度測量等組成。超聲波測距的程序既有較復雜的計算(計算距離時(shí))，又要求精細計算程序運行時(shí)間(超聲波測距時(shí))，所以控制程序采用C語(yǔ)言編程。主程序完成初始化工作、超聲波發(fā)射和接收順序的控制、距離上下限超限報警。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成超聲波回波接收，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計算、結果的輸出等工作。