超声波测距仪的设计

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1、作品说明超声波测距仪制作：XXX13122102XXXXX13122102XX日期：2014年12月一、作品概述1.1总体方案作品包含有单片机控制电路、超声波测距传感器及1602液晶显示部件等，将各部件有机地结合起来，实现超声波测距的功能。距离是通过测量发射的超声波与接受到被测物体反射的回波之间的时差来确定的。作品的核心是超声波测距模块，其他相关模块都是在测距的基础上拓展起来的，测距模块是利用超声波传感器，之后选择合适单片机芯片，以下就是从相关方面来论述的。1.2HY-SRF05超声波测距模块简介HY-SRF05超声波测距模块可提供2cm—450cm的

2、非接触式距离感测功能，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。图1模块实物图基本工作原理：（1）采用I/O口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号；（2）模块自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回；（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2。工作时序图：11.3系统构成图2系统原理图3系统构成二、系统电路2.1电源作品采用双电源供电设计，既可通过DC002直流5V电源插座供电，也可通过电池经三端稳压为系统提供稳定的电源。由单刀双掷

3、开关S2切换，其中S1为电源总开关。图422.2单片机最小系统将单片机的所有引脚用插针引出，方便系统的扩展。图42.3液晶显示图5单片机的P0口作数据接口，R2为10K蓝白电位器，调节1602的对比度。RS接P2_1，R/W接P1_5，E接P1_6。32.4超声波测距图6接口定义：TRIG——P3_7ECHO——P3_62.5整体电路图74为便于外接其他模块，引出电源的正负极。三、系统流程图8四、误差与改进4.1误差分析（1）声速引起的误差声波传输速度与媒介的弹性模量和密度相关，因此，利用声速测量距离，就要考虑这些因素对声速影响。在气体中，压强、温度、

4、湿度等因素会引起密度变化，气体中声速主要受密度影响，液体的深度、温度等因素会引起密度变化，固体中弹性模量对声速影响较密度影响更大，一般超声波在固体中传播速度最快，液体次之，在气体中的传播速度最慢。气体中声速受温度的影响最大。受声速受温度的影响为2cc10273图9为根据上式测量的温度-声速图。5图9温度-声速图由上述公式和图9可见，当温度从0～40℃变化时，将会产生7%的声速变化，因此，为了提高测量准确度，计算时必须根据温度进行声速修正。工业测量中，一般用公式计算超声波在空气中的传播速度，即c3310.6（2）单

5、片机时间分辨率的影响根据超声波测距公式lct，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。不管是查询发射波与回波，还是由其触发单片机中断再通过软件启停定时器，都需要一定的时候，中断的方式误差相对要小一些。相对而言，单片机的时间分辨率还是不太高，如晶振频率为12MHz时，时间分辨率为1us。在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C52单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用AT89C52定时器既能保证时间

6、误差在1mm的测量范围内。（3）随机误差由于测量过程中的随机误差是按统计规律变化的，为了减少其影响，可在同一位置处多次重复测量x，然后取平均值x作为测量的真值。i4.2改进如何提高测量精度是超声测距的关键技术。其提高测距精度的措施如下：1.合理选择超声波工作频率、脉宽及脉冲发射周期。据经验，超声测距的工作频率选择40kHz较为合适；发射脉宽一般应大于填充波周期的10倍以上，考虑换能器通频带及抑制噪声的能力，选择发射脉宽1ms；脉冲发射周期的选择主要考虑微机处理数据的速度，速度快，脉冲发射周期可选短些。2.在超声波接收回路中串入增益调节(AGC)及自动增

7、益负反馈控制环节。因超声接收波的幅值随传播距离的增大呈指数规律衰减，所以采用AGC电路使放大倍数随测距距离的增大呈指数规律增加的电路，使接收器波形的幅值不随测量距离的变化而大幅度的变化，采用电流负反馈环节能使接收波形更加稳定。3.提高计时精度，减少时间量化误差。6如采用芯片计时器，计时器的计数频率越高，则时间量化误差造成的测距误差就越小，例如：单片机内置计时器的计数频率只有晶振频率的十二分之一，当晶振频率6MHz时，计数频率为0.5MHz，此时在空气中的测距时间量化误差为0.68mm；当晶振频率为12MHz时，计数频率为1MHz，此时测距时间量化误差为

8、0.34mm。若采用外部硬件计时电路，则计数频率可直接引用单片机的晶振频率，时间量化误差更小。