基于A(yíng)TMEGA8的高精度超聲波測距儀設計

摘要 針對普通超聲波測距系統測量精度低的問(wèn)題，介紹了一種由ATMEGA8單片機控制的實(shí)時(shí)超聲波測距系統，電路主要采用專(zhuān)用時(shí)間測量芯片TDC—GP21，并考慮了溫度補償，有效地保證了系統則量精度和低功耗特性。
關(guān)鍵詞 TDC-GP21；超聲波測量；時(shí)間測量；ATMEGA8

由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中的傳播距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離測量，如測距儀和物位測量?jì)x等都可以用超聲波來(lái)實(shí)現。利用超聲波檢測較為迅速、方便、計算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實(shí)用的要求。因而超聲波測距，多應用于汽車(chē)倒車(chē)雷達、機器人定位、建筑工地以及一些工業(yè)現場(chǎng)的位置監控，如液位、井深的測量等場(chǎng)合。目前，石油石化行業(yè)對油庫和水箱液面的精確測量和控制的要求越來(lái)越高，基于以上需要，以ATMEGA8為控制核心，利用專(zhuān)用時(shí)間數字轉換芯片TDC—GP21為測量環(huán)節，設計了一種高精度的小型化超聲波測距系統，并介紹了系統的硬件和軟件設計方法。

1 超聲波測距基本原理
超聲波測量技術(shù)是基于蝙蝠等無(wú)目視能力的生物防御及捕捉獵物生存的原理，利用超聲波借助空氣媒質(zhì)傳播，通過(guò)遇到障礙物反射回來(lái)的時(shí)間間隔長(cháng)短及被反射超聲波的強弱判斷障礙物性質(zhì)和位置的方法。本系統采用時(shí)間間隔檢測法，即測距時(shí)超聲波發(fā)射器有規律發(fā)射超聲波，遇到被檢測對象后反射回來(lái)，通過(guò)超聲波接收器接收到反射波信號，并將其轉變?yōu)殡娦盘?，測出從發(fā)射超聲波至接收到反射波的時(shí)間差
(時(shí)間間隔t)。t與超聲波傳播速度c相乘可求出被測距離s，即

由于超聲波的聲速和溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，認為聲速基本不變。如果測距精度要求高，那么可以通過(guò)溫度補償的方法加以校正。不同溫度下超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化關(guān)系
c=331．4+0．61T (2)
式中，T為實(shí)際溫度；c的單位為m／s。

2 超聲波測距系統設計
根據超聲波的工作原理，結合現場(chǎng)的使用需要，設計了一種低功耗、高精度、加密數據存儲、便攜式讀寫(xiě)功能的超聲波測距系統。超聲波測距系統框圖如圖1所示。