設(shè)計實例超聲波測距器

1、及應(yīng)用單片機原理1 1 功功 能能 u單片機超聲波測距器可應(yīng)用于汽車倒車障礙物提醒，單片機超聲波測距器可應(yīng)用于汽車倒車障礙物提醒，也可用于如液位、井深、管道長度、物體厚度等的測也可用于如液位、井深、管道長度、物體厚度等的測量。量。u測量范圍按不同需求而不同測量范圍按不同需求而不同, ,本例中的小功率測距器本例中的小功率測距器范圍在范圍在0.10 m -4.00m0.10 m -4.00m左右，測量精度左右，測量精度1cm1cm。u能夠用能夠用LEDLED清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果。清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果。 2 2方案方案 u采用采用89C5289C52系列單片機作為主控制器系列單片機作為主控制器u

2、用動態(tài)掃描法實現(xiàn)用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LEDLED數(shù)字顯示數(shù)字顯示u38-40KHZ38-40KHZ超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成單片機控制器LED顯示掃描驅(qū)動超聲波接收超聲波發(fā)送3 3硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計 u12MHZ晶振晶振uP1.0端口輸出超聲波換能器所需的端口輸出超聲波換能器所需的40K Hz方波信號方波信號u外中斷外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號u4位共陽位共陽LED數(shù)碼管顯示距離（也可用數(shù)碼管顯示距離（也可用LCD） 3.13.1單片機系統(tǒng)及顯示電路單片機系統(tǒng)及顯示電路 EA/VP31X119X218R

3、ESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U5AT89C5210kY212MHZC430PFC530PF20uF+5VCC9012RESETabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgLEDabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgLEDabfcgdeDPYLEDgn

4、1234567abcdefgLED90124.7K90124.7KP2.3P2.2P2.190124.7KabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgLED4.7KP2.0VCC回波接收輸入40K輸出5103 3硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計 3.23.2超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路 u由反向器由反向器74LS04和超聲換能器構(gòu)成和超聲換能器構(gòu)成uP1.0端口輸出的端口輸出的40KHz方波信號方波信號, 用推挽形式提用推挽形式提高超聲波的發(fā)射強度高超聲波的發(fā)射強度u上拉電阻上拉電阻R10、R11一方面提高高電平的驅(qū)動能一方面提高高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，力

5、，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間縮短其自由振蕩的時間 3 3硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計 3. 33. 3超聲波接收電路超聲波接收電路 u紅外線檢波接收的專用芯片紅外線檢波接收的專用芯片CX20106A，具有很高的靈敏度和較強，具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力（無信號時輸出高電平）的抗干擾能力（無信號時輸出高電平）u適當(dāng)更改電容適當(dāng)更改電容C4的大小可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。的大小可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。 4 4系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)程序設(shè)計 4.1 4.1 超聲波測距器的算法超聲波測距器的算法 ud為被測物與測距器距離，為被測物與測距器距離，s為

6、聲波的來回路程，為聲波的來回路程，v為聲速，為聲速，t為聲波來回所用時間為聲波來回所用時間 2)(2tvsd 4 4系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)程序設(shè)計 4.1 4.1 超聲波測距器的算法超聲波測距器的算法 u超聲波聲速超聲波聲速v v與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)u在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的u如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ绻麥y距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?溫度（溫度（）-30-30-20-20-10-100 0101020203030100100聲速（米聲速（米/ /秒）秒） 313313319

7、319325325323323338338344344349349386386不同溫度下超聲波聲速表不同溫度下超聲波聲速表 4 4系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)程序設(shè)計 4.24.2主程序設(shè)計主程序設(shè)計 u首先是系統(tǒng)環(huán)境初始化首先是系統(tǒng)環(huán)境初始化u定時器定時器T0工作模式為工作模式為16位定時計數(shù)器模式，位定時計數(shù)器模式，T1為為8位自動重裝模式，位自動重裝模式，置位總中斷允許位置位總中斷允許位EA并給顯示端口并給顯示端口P0和和P2清零。清零。u用定時器用定時器T0中斷啟動中斷啟動T1中斷發(fā)超聲波并進行計數(shù)，后打開外中斷中斷發(fā)超聲波并進行計數(shù)，后打開外中斷0接收返回的超聲波信號。外中斷收到信號后關(guān)閉接收返

8、回的超聲波信號。外中斷收到信號后關(guān)閉T0中斷。中斷。u采用采用12M的晶振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是的晶振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是1S，當(dāng)主程序檢測到接收，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器成功的標志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按下式計算，即可得被測物體與測距器之間的距離，設(shè)計時取下式計算，即可得被測物體與測距器之間的距離，設(shè)計時取20時的時的聲速聲速344m/s則有：則有： )(100001722)(0cmTtvd4 4系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)程序設(shè)計 4.24.2主程序設(shè)計主程序設(shè)計 u主程序流程圖主程序流程圖 調(diào)用顯示程序等待超聲回波標志調(diào)用顯示程序等待超聲回波標志計算距離計算距離顯示結(jié)果顯示結(jié)果0.5s系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化開始開始4 4系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)程序