超声波测距仪论文超声波流量计论

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1、超声波测距仪论文超声波流量计论文基于AT89S52单片机的超声波测距仪[摘要]本文根据时差法超声波测距的基本原理，主要介绍了以AT89S52单片机为核心的超声波测距仪的硬件电路和软件。本系统由AT89S52单片机，超声波发射电路，超声波接收电路，温度补偿电路，键盘和显示电路组成。实际使用证明该系统工作稳定、性能良好。　　[关键词]超声波测距单片机温度补偿　　1.超声波测距原理　　频率高于20kHz的声波称为超声波。由于超声波易于定向发射，方向性好，对色彩、光照度不敏感，反射率高等特点，因此被广泛应用

2、于无损探伤、距离测量、距离开关、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。　　超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇见障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差Δt如图1-1所示，然后求出距离S(式1-1),式中C为超声波传播速度。　　图1-1超声波发射与接收时差Δt　　（式1-1）　　超声波在空气中的常温传播速度是334m/s，但其传播速度C易受空气中温度影响。本系统测距精度要求较高，通过温度补偿的方法对传播速度值加以校正。已知现场环境温度为Ｔ时，可得超声波传播速度C（式1-2）：　　C＝331.5

3、＋0.607Ｔ（式1-2）　　声速C确定后，只要测得超声波往返的时间Δt，即可得距离S。这就是超声波测距仪的基本原理。超声波测距系统原理框图如图1-2所示。　　图1-2系统框图　　在本系统设计时，由于难以求购到收发一体的超声波传感器，采用了分立的超声波探头，在组装时，应使两传感器间距离尽量小，以削弱其带来的误差。　　2.硬件电路　　本系统的硬件电路主要由数据传输处理与控制电路，超声波发射电路，超声波接收处理电路，键盘按键电路，温度补偿电路和数码显示电路构成。　　2.1超声波发射电路　　当键盘按键按下

4、时，单片机AT89S52执行发射超声波子程序，P3.4口输出一组40kHz的脉冲群，一组为10个方波串，方波周期为25us。经集成块CD4049的三个非门，产生约28V的驱动电压加在超声波发射探头T二端，足以驱动T发射信号。　　2.2超声波接收处理电路　　超声波接收处理电路由超声波接收探头R，二级集成运算放大电路和RC滤波电路，检波电路组成。　　测试距离较远的情况下，超声波的回波是很弱的，因而转换为电信号的幅值也较小，为获得较强的接收信号，本电路采用了二级集成运算放大器LM358来满足电路要求。　　

5、经研究，频率为40KHz的超声波在空气中传播效率最佳，但电路在发射和接收超声波的过程中会串入干扰信号，故引入电阻电容元件组成二阶RC高通滤波电路。　　检波电路由检波二极管，电阻，电容组成。检波出来的信号不能作为单片机的中断输入，需经一个电压比较电路。电压比较器的电源为5V，调节外围可调电阻，用示波器观测其输出，当输出有跳变时，就可得此二电阻的最佳值。若该集成块没有接收到检波后的信号时，输出逻辑状态不会发生变化，此时输出为高电平，只要一接收到信号，哪怕检波后的信号非常微弱，由于有比较电压电路的功效，其

6、输出变为一个低电平，作为一个中断信号INT0送给单片机P3.2口。　　2.3温度补偿电路　　本系统采用的DS18B20是DALLAS公司生产的数字式温度传感器，采用数字化技术，能以数字形式直接输出被测点温度值。DSl8B20采用DALLAS公司独特的单线(1-Wire)总线专有技术，可以通过单总线直接与AT89S52单片机I/O口相连接，进行数据传送。采用数字温度传感器DS18B20对环境温度进行检测，从而对超声波的传播速度进行温度补偿，提高测量精度。　　校正方法:通过试验确定在传播介质中超声波速度

7、C与温度T之间的关系曲线,经实践证明温度T与声速C之间的关系为式（1-2）,C＝331.5＋0.607Ｔ(m/s)。按一定的温度间隔截取得到一个速度与温度的关系表格,最后编制成程序存入超声波测距传感器的软件系统。在进行测距时,系统通过温度传感器DS18B20获得介质的实时温度,然后从速度与温度关系表格中取出对应速度,从而求出测试距离。　　2.4数据传输处理与控制电路　　本系统以AT89S52单片机为核心来实现对各部分电路的控制和响应。　　单片机的引脚P3.3用于读入键盘按键电路送来的信号。超声波接收

8、处理电路产生的中断信号通过单片机引脚P3.2输入。单片机产生的40KHz的脉冲串信号由引脚P3.4送给超声波发射驱动电路。单片机的P0口和P2口用于传输距离和温度数据给数码管显示电路。单片机通过引脚P1.7读取DS18B20的温度值和对DS18B20指令写入。　　2.5键盘控制与数码显示电路　　单片机采用中断扫描方式对键盘扫描输入。采用一位键盘控制超声波的发射。当有键按下时，INT1即引脚P3.3向单片机发出外部中断请求，单片机响应该中断请求，从P3.4送出一串40k