高精度的超声波测距系统

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1、高精度的超声波测距系统张平，郭慧机电工程学院，中国电子科技大学成都，611731，中国邮箱：zhangping3344521@163.con摘要超声波易于传输，具有良好的反射性能，它的速度远远低于飞行速度，所以设计了一种基于STC89C52RC的超声波测距系统，该系统可在有关范围内有效372厘米，经过反复试验，测量误差可以小于到1厘米，所以该系统可应用于智能障碍与车辆运输和其他系统。关键词单片机超声波发送接收测距温度补偿1引言目前，超声波测距的主要方法包括脉冲反射波法、相位调制频率调制和FFT-based方法

2、。在这些方法中，脉冲反射波法具有良好的适应性,这种方法不仅可用于手工测试，而且可结合到自动化系统中。所以它最广泛使用是在家里和船上。目前，微波和激光理论测距已应用于超声波测距系统。它可以是一个很好的研究。另一方面，过滤和分析的回声也可以吸引更多的和许多专家和学者的关注。随着提高超声波理论的理解，我们知道如何提高精度和抗干扰能力将是最重要的性能指标。在本文中，脉冲回波理论是用来整个系统的设计。下面的内容主要是分为三个部分。第一部分介绍该系统的硬件体系结构。第二部分介绍了系统的软件处理。第三部分描述了数据处理技术

3、。在这种情况下，读者可以有一个全面的对系统的理解。2超声波测距系统的原理考虑了实际工程的需要，我们选择超声波，频率为40千赫。超声波传感器是这种装置可以感应声音和电力，也被称为超声波换能器、超声波探头。在某些频率范围内，它可以将电信号转换为体外超声信号或改变外部超声信号为电信号。在本文中，我们选择T/r40-12超声压电换能器，它的工作频率40千赫，它的外部直径12cm。超声波发生器发出的超声波信号在一个一定的时间里，超声波信号经过被测对象反射后，超声波接收器能接收信号，只要我们记录发送的时间和接收时间，我们

4、可以计算出从超声波发送地到被测物体的距离。这个距离计算公式为：7D=S/2=V×T/2（1）D是测距装置和测量对象之间的距离S超声波运输距离V是超声波的速度。T是时间，由于超声波一种声波，速度会受温度影响。因此在本文中，它使用的方法为温度补偿发，提高了系统的精度。3该系统的硬件超声波测距系统的框图系统图1。硬件部分主要包括单片机系统，显示电路，温度补偿电路和发送和接收超声波电路。图1本系统的框图A发送超声波电路发送超声波原理图2。发送电路主要包括逆变器和超声波换能器。首先单片机P1.0端口是反向的，一端连接超

5、声波传感器，然后反转，连接到另一个的超声波换能器。通过这个推拉式的方法，我们可以提高超声的发光强度。并联逆变器，我们可以增加输出驱动能力。上拉电阻R1和R2不仅增加输出高电平驱动能力，但同时也增加了超声换能器的阻尼效果，缩短它的自由振荡。图2发送超声波电路7B接收超声波电路接收超声原理图3，专用集成电路CX20106用于检测红外。考虑到CX20106携带频率为38kz这是非常接近超声波频率的，我们设计的接收电路采用CX20106。图3接收超声波电路C单片机系统及显示电路单片机STC89C52RC是本测距系统的

6、核心，通过使用12MHz晶体振荡器来获得一个稳定的时钟频率和减少错误。单片机P1.0端口输出40kHz的方波由超声波换能器的要求。外部的中断0是用来监测的返回信号。简单实用的四位共阳LED应用为显示电路。这段代码是由74LS245编译，位码是由晶体管9012驱动。如图4所示。图4单片机系统及显示电路D温度补偿电路在超声波测距系统，诸多因素可以影响速度，如环境干扰，基准脉冲的频率等但是环境温度是主要因素。根据公式（2），我们可以看到温度从0℃到40℃7不等，超声波的速度范围从331.4m/s到354.85m/s

7、。以室温20℃为基础，速度为343.32m/s，变化率是6.83%。因此温度是不可忽视的因素。在夏季，温度经常超过40℃。所以在超声测距系统中，它是必要的为了减少误差的温度补偿。现在大多数的温度监控系统采用温度传感器。首先，我们将温度信号转换为电信号，然后放大电信号，然后将模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号。这种电路是非常复杂的，容易受到元件参数的影响。由于这些原因，本文采用DS18B20温度传感器和单片机这种高精度的温度测量系统。它可以提高测量的精度有程度上。DS18B20的端口DQ可以直接接于单片机的

8、端口p3.7。该电路图5所示图5温度补偿电路DS18B20是美国最新的数字温度传感器。它不同于传统的热敏电阻温度传感器。我们可以直接读取测量温度值。根据实际要求，我们可以实现9或10位A/D转换，通过简单的编程。作为一个结果，DS18B20可以使系统具有结构简单、可靠性高等优点。测量温度后，我们正确的计算超声波波速度为以下公式：V(T)=(331.05+0.607T)(m/s)(2)在上面的公式中，