基于51單片機的超聲波測距系統的設計
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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，所能測量的距離也越遠。但也不是無(wú)限制的，本方案是讀取定時(shí)器TO的計數值，最大能測試的距離是TO尚未溢出時(shí)檢測到超聲波回波信號，故在溫度20℃下，最大測試距離為。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。
由于采用12 MHz的晶振，機器周期為1μs，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器TO中的數值按式(1)計算，即可測得被測物與測距儀之間的距離，取20℃時(shí)的聲速為344 m／s。則有：
其中，TO為計數器TO的計數值。
4 提高測量精度
4．1 溫度補償
由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，可認為聲速基本不變。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。
可知，超聲波在空氣中的傳播速度與溫度T(單位：攝氏度)有如下近似關(guān)系：
其中，C0為0℃時(shí)的聲波速度為331．45 m／s，T為實(shí)際溫度(℃)。在常溫下，溫度每變化1攝氏度，超聲波速度變化約為O．6 m／s，所以通過(guò)測溫電路測量出當前溫度，就可以計算出超聲波在當前溫度下的傳輸速度。
測溫電路采用的主要元器件是美國Dallas半導體公司生產(chǎn)的單總線(xiàn)數字溫度傳感器DSl8B20，其具有精度高、智能化、體積小、線(xiàn)路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
4．2 角度補償
由于發(fā)射與反射之間存在一定的夾角2α，當α很小時(shí)，可直接按式(1)計算距離；當α較大時(shí)，則必須進(jìn)行距離修正，其修正公式為：
在式(4)中，夾角α與超聲波發(fā)射裝置和接收裝置的安裝位置有關(guān)，在實(shí)際應用中應保持兩換能器中心軸線(xiàn)盡量平行并相距2 cm～4 cm，在近距離測量時(shí)更要考慮角度補償。若能夠將超聲接收電路屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾性能。根據測量范圍可適當調整與接收換能器并接的濾波電容的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。
5 結論
為防止在測量過(guò)程中測距儀的抖動(dòng)而引起的測量誤差，一般情況下應測量幾次取其平均值。由于系統的分辨率為1μs，系統引起的固定誤差約為0．3mm，再加上本設計只考慮了溫度補償和角度補償的影響，而沒(méi)有考慮其他環(huán)境因素(如：氣壓、濕度……)的影響，所以在測量的時(shí)侯給測量結果帶來(lái)了一定的誤差。
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