基于51單片機的超聲波測距儀的設計

郭增濤++胡安正

摘要：本文是以AT89C51為核心，靈活的運用超聲波換能集成電路作為超聲波的接收電路，在討論了超聲波測距原理、硬件電路實現和軟件設計方法基礎上，使得該超聲波測距儀可實現測距范圍：0.4m-3.00m。超過3.00m，數碼管顯示---。測量精度達到0.01m。

關鍵詞：AT89C51；超聲波測距；測量精度；測距范圍。

在日常生產生活中很多場合如汽車倒車、機器人避障、工業測井等需要自動進行非接觸測距。超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離相對較遠等特點，因此常被用于非接觸測距。本文以AT89C51[1][2]為核心，借助于模數電技術和單片機技術的結合，設計出一種高精度的超聲波測距儀。

1 系統總體方案

本系統硬件部分由AT89C51控制器[3][5]組成處理單元、超聲波發射電路[4]及接收電路、數碼管顯示電路、按鍵電路組成。總體框圖如圖1所示。

2 超聲波測距原理與方法

其原理為：檢測從發射傳感器發射的超聲波[4]經氣體介質傳播到接收傳感器的時間t，這個時間就是渡越時間，然后求出距離l。設l為測量距離，t為往返時間差，超聲波的傳播速度為c，則有l=ct/2。為了進一步提高測量精度，本設計中將根據需要利用軟件方式增加角度補償的設計： 。

3.硬件電路設計

系統硬件主要由單片機系統及顯示電路、超聲波發射電路、超聲波檢測接收電路、按鍵電路等四部分組成。

3.1 接收電路設計

需要一個前置放大電路將這一微小交變電壓信號充分放大，同時考慮可能出現干擾信號，放大有用信號的同時加入

濾波電路，驅動后面的比較器輸出電位跳變，作為確定接收到的時刻。接收電路如圖2所示。

3.2單片機顯示電路設計

選用4位LED示，表示距離的XXXXmm數值。由數碼管，通過單片機編程實現顯示，表示距離的XXXXmm數值。

該系統由單片機控制，通過NPN的三極管驅動數碼管。

4.軟件設計

超聲波測距系統軟件設計采用模塊化設計，主要包括主程序設計、T1 中斷服務子程，INT0 外部中斷服務子程序、距離計算子程序、顯示子程序和延時子程序等。而超聲波測距發射子程序在P3.7口產生40kHZ方波脈沖寬度約12us，作為超聲波發射器的輸出信號。一旦接收到超聲波返回信號后，就立即進入中斷程序。進入中斷程序后就立即關閉定時器，T0停止計時，并將接收到的標志位為1，然后在主函數里調用計算距離公式，在顯示出來，流程圖如圖3所示。

5.測量結果與分析

系統測試結果如表1所示。

結果分析：由測量數據可以看出，該超聲波測距儀可實現測距范圍：0.4m-3.00m，測量精度達到0.01m。

6.結束語

由測量數據可以看出，該超聲波測距儀可實現測距范圍：0.4m-3.00m，測量精度達到0.01m。本文所設計的超聲波測距系統，其結構簡單、體積小、抗干擾性能好，若要滿足更高的精度要求，還須進行適當改進。在某些特殊場合的應用中，還要考慮超聲波的人射角、反射角以及超聲波傳播介質的密度、表面光滑度等因素。

參考文獻

[1] 王迎旭.單片機原理與應用[M].北京： 機械工業出版社， 2004.7.

[2] 何立明.單片機原理教程[M].北京：北京航空航天大學出版社， 1998.

[3] 周向紅.51 單片機應用與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.5.

[4] 梁森、歐陽三泰.自動檢測技術及應用[M]. 北京機械工業出版社2007.3.

[5] 胡錦等.單片機技術實用教程[M].北京.高等教育出版社，2003.

通信作者（指導教師）：胡安正 湖北文理學院 物理與電子工程學院

通信作者（指導教師）：胡安正 湖北文理學院 物理與電子工程學院