超聲波測試程序設計

1、基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設計基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設計1引言引言超聲波測距作為一種典型的非接觸測量方法，與激光測距、紅外線測距相比，超聲波對外界光線、色彩和電磁場不敏感，更適于黑暗、電磁干擾強、有毒、灰塵或煙霧的惡劣環(huán)境，在識別透明及漫反射性差的物體上也更有優(yōu)勢。由于聲波在空氣中傳播速度遠遠小于光線和無線電波的傳播速度，對于時間測量精度的要求遠小于激光測距、微波測距等系統(tǒng)，因而超聲波測距系統(tǒng)電路易實現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單和造價低，且超聲

2、波在傳播過程中不受煙霧、空氣能見度等因素的影響，在各種場合均得到廣泛應用，如倒車防撞雷達、海洋測量、物體識別、工業(yè)控制，建筑工程測量和機器人視覺識別。2超聲波測距基本原理超聲波測距基本原理超聲波測距的基本工作原理是測量超聲波在空氣中的傳播時間，由超聲波傳播時間和傳播速度來確定距離障礙物的距離，即脈沖回波方式。該方式的基本電路框圖如圖1所示。由發(fā)射傳感器、發(fā)射電路、接收傳感器、接收放大電路、回波信號處理電路和單片機控制電路等幾部分組成。發(fā)

3、射電路是一個工作頻率為40khz的多諧振蕩器，多諧振蕩器受單片機控制，產(chǎn)生一定數(shù)量的發(fā)射脈沖，用于驅(qū)動超聲波發(fā)射傳感器，并激勵出超聲波在空氣中傳播，遇障礙物反射而返回。超聲波接收傳感器通過壓電轉(zhuǎn)換的原理，將由障礙物返回的回波信號轉(zhuǎn)換成電信號，由于該信號幅度較?。◣椎绞畮缀练虼隧氂傻驮肼暦糯?、40khz帶通濾波電路將回波信號放大到一定幅度，且干擾成分較少，并由回波波號處理電路轉(zhuǎn)換成方波信號，送至單片機系統(tǒng)進行時間測量和距離的顯示。超

4、聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340ms，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離（s），即：s=ct2。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器t0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在int0端產(chǎn)生一

5、個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。3超聲波測距的誤差分析超聲波測距的誤差分析3.1環(huán)境溫度對測量精度的影響超聲波接收電路由高速運算放大電路和超聲波接收傳感器組成，其原理電路如圖3所示。超聲波在空氣中傳播時，其能量衰減程度與傳播距離成正比，所以超聲波傳感器接收信號一般在1mviv之間。接收電路采用由lm318高速運算放大器組成兩級信號放大電路對其進行放大，以滿足增益帶寬和轉(zhuǎn)換速率的要求。

6、當超聲波接收傳感器接收到返回的超聲波信號，接收傳感器將超聲波脈沖變?yōu)榻蛔冸娦盘枺?jīng)放大器放大后進行處理。測距電路的輸入端接單片機p1.0端口，單片機執(zhí)行程序時，在p1.0端口輸出一個40khz的脈沖信號，通過超聲波發(fā)射電路發(fā)射出去，同時啟動單片機內(nèi)部的定時器t0，定時器開始計數(shù)。當反射物將超聲波反射回來，超聲波接收電路接受處理，輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在into端產(chǎn)生一個中斷請求信號，定時器停止計數(shù)。單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷子

7、程序，讀取超聲波從發(fā)射到接收的時間差，最后經(jīng)過換算得出超聲波傳感器與反射物之間的距離。4.2系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包括主程序、溫度采集子程序、發(fā)射子程序、計算子程序、數(shù)碼顯示子程序、外部中斷子程序和定時器中斷子程序。主程序完成初始化后調(diào)用發(fā)射子程序，由p1.0口發(fā)射脈沖，驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，并關外部中斷，計數(shù)器t0開始計時；為防止虛假回波的干擾，在延時一段時間后，開中斷。當有外部中斷信號時，單片機就停止t0的計時，計算出渡越時間t并存