51單片機設計的超聲波測距器

　　3.超聲波檢測接受電路

　　參考紅外轉化接收期刊的電路采用集成電路CX20106A，這是一款紅外線(xiàn)檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距超聲波頻率40KHz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。實(shí)驗證明其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當改變C4的大小，可改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。

超聲波接收電路圖

　　五、系統程序設計

　　超聲波測距軟件設計主要由主程序，超聲波發(fā)射子程序，超聲波接受中斷程序及顯示子程序組成。下面對超聲波測距器的算法，主程序，超聲波發(fā)射子程序和超聲波接受中斷程序逐一介紹。

　　1．超聲波測距器的算法設計

　　下圖示意了超聲波測距的原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出的一個(gè)超聲波信號，當超聲波遇到被測物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接受。這樣只要計算出發(fā)生信號到接受返回信號所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。

　　距離計算公式：d=s/2=(c*t)/2

　 *d為被測物與測距器的距離 ，s為聲波的來(lái)回路程，c為聲速，t為聲波來(lái)回所用的時(shí)間

聲速c與溫度有關(guān)，如溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過(guò)溫度補償的方法加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返時(shí)間，即可求得距離。在系統加入溫度傳感器來(lái)監測環(huán)境溫度，可進(jìn)行溫度被償。這里可以用DS18B20測量環(huán)境溫度，根據不同的環(huán)境溫度確定一聲速提高測距的穩定性。為了增強系統的可靠性，應在軟硬件上采用抗干擾措施。

　　 不同溫度下的超聲波聲速表

　　
2．主程序

　　主程序首先對系統環(huán)境初始化，設置定時(shí)器T0工作模式為16位的定時(shí)計數器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P2清0。然后調用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲0.1ms(這也就是測距器會(huì )有一個(gè)最小可測距離的原因)后，才打開(kāi)外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用12MHz的晶振，機器周期為1us,當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器T0中的數（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按下式計算即可測得被測物體與測距儀之間的距離,設計時(shí)取20℃時(shí)的聲速為344 m/s則有：

　 d=(C*T0)/2 =172T0/10000cm（其中T0為計數器T0的計數值）

　　測出距離后結果將以十進(jìn)制BCD碼方式LED,然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過(guò)程。主程序框圖如下

　
3. 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序

　　超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)P1.0端口發(fā)送2個(gè)左右的超聲波信號頻率約40KHz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時(shí)把計數器T0打開(kāi)進(jìn)行計時(shí)。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（INT0引腳出現低電平)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計時(shí)器T0停止計時(shí)，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。

六、軟硬件調試及性能

　 超聲波測距儀的制作和調試，其中超聲波發(fā)射和接收采用Φ15的超聲波換能器TCT40-10F1（T發(fā)射）和TCT40-10S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時(shí)應保持兩換能器中心軸線(xiàn)平行并相距4～8cm，其余元件無(wú)特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。根據測量范圍要求不同，可適當調整與接收換能器并接的濾波電容C4的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。

　　硬件電路制作完成并調試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時(shí)間，以適應不同距離的測量需要。根據所設計的電路參數和程序，測距儀能測的范圍為0.07～5.5m，測距儀最大誤差不超過(guò)1cm。系統調試完后應對測量誤差和重復一致性進(jìn)行多次實(shí)驗分析，不斷優(yōu)化系統使其達到實(shí)際使用的測量要求。

　　后續工作需實(shí)驗后才能驗證

　　根據參考電路和集成的電路器件測距范圍有限10m以?xún)葹楹谩?