基于單片機的超聲波測距系統的研究與設計

此外，還有幾點(diǎn)需要說(shuō)明的是：
(1)定時(shí)器T1之所以是65 ms溢出是因為它是16位定時(shí)／計數器(65 535)。在使用12MHz的晶振時(shí)，由于周期T=1/f=1／[(12×106)／12]=1μs，則一個(gè)機器周期是1μs，計數器每65 ms計數器溢出。
(2)本設計中40 kHz方波的產(chǎn)生采用軟件方式實(shí)現：控制P1.0口輸出12μs的高電平，再輸出13μs的低電平，這樣得到一個(gè)周期的40 kHz的脈沖，再循環(huán)發(fā)送8次。
(3)在CPU停止發(fā)送脈沖群后，由于電阻尼，換能器不能立即停止發(fā)送超聲波，在一段時(shí)間內仍然會(huì )發(fā)送，故這段時(shí)間內不可立即開(kāi)啟INT0接收回波，要等待一段后以避免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測物就直接繞射到接收端，這段被稱(chēng)為“虛假反射波”。從發(fā)射開(kāi)始一直到“虛假反射波”結束這段時(shí)間，不開(kāi)放INT0中斷申請，可有效躲避干擾，但也會(huì )造成測試的“盲區”。本次設為1 ms，假定溫度為20℃，則測量盲區為s=1×10-3×344／2≈17．2 cm。
(4)最大測試距離將取決于：兩次脈沖群發(fā)送之間的最小時(shí)間間隔和脈沖的能量。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)射端脈沖個(gè)數越多，能量越大，所能測的距離也越遠。但也不是無(wú)限制的，本次讀取定時(shí)器T0的計數值，最大能測試的距離是T0尚沒(méi)溢出，故在溫度20℃下，最大測試距離為s=vt／2=65 535×344／(2×106)=11．272 m。在一些周期性發(fā)射超聲波設備中，如果要測試的最大距離是10 m，則兩次脈沖群之間的最小時(shí)間為t=2×s/v=2×10／344≈60：ms 。

5 結束語(yǔ)
為了驗證系統的測量精度，在實(shí)驗室進(jìn)行了實(shí)地測量。利用本系統對20～1 000 cm范圍進(jìn)行了多次測試，經(jīng)補償后最大誤差達2 cm，線(xiàn)性度、穩定性和重復性都比較好。系統具有結構簡(jiǎn)單、體積小、實(shí)時(shí)LCD顯示和報警、帶溫度補償、抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)。系統的誤差主要來(lái)自于發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波是呈喇叭狀擴散傳播、被測物的表面不光滑且不一定垂直于兩探頭的軸線(xiàn)而導致所反射回來(lái)的波也許是從不同點(diǎn)獲得，此外電子元器件自身的時(shí)延、干擾等也造成一定影響?？梢愿鶕唧w場(chǎng)合，選擇合適功率的探頭，以及調整程序中脈沖的頻率、寬度和個(gè)數等提高精度或測量距離，擴大系統的應用范圍。