基于单片机高精度超声波测距系统的设计与实现(免费)

《基于单片机高精度超声波测距系统的设计与实现(免费)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、引言在工程实跋中.超声波山于指向性强.能虽消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测虽。它主耍应川于倒车宙达、测距仪、物位测量仪.移动机器人的研制.建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离.液位.井深.管道长度.流速等场合。利用超声波檢测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测毘精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。超声波测距的基本原理超声波发生器在某一时刻发出超声波信号，遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器接收到。只耍计算也超声波信号从发射到接收到回波信号的时间,知道在介质中的传播速度,就可以计算出距被测物体

2、的距离:d=s/2=(vt)/2(1)其中d为彼测物到测距仪Z何的跖•离，S为超声波往返通过的路程，V为超声波在介质中的传播速度.t为超声波从发射到接收所用的时间。为了捉离稱度，需要考虑不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系：v=331.4»0.61T(2)式中，T为实际温度(CC),v的单位为m/s.压电式超声波传感器的原理目前，超声波传感器大致可以分为两类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用机械方式产生的超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同

3、，因而用途也各不相同。在工程中，目前较为常用的是压电式超声波传感器。压电式超声波传感器实际上是利用压电品体的谐振來匚作的。压电式超声波发生器的内部有两个压电晶片和-个共振板。当它的两极外加脉冲信号，且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振.并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时即为超声波接收器。反射式超声波测距仪的帔件电路设计本系统便件电路由单片机最小系统、温度补偿电路.超声波发射电路.超声波接收电路.显示电路构成，如图1所示。本超声波测距仪的

4、具体工作过程如下,在单片机产生复位信号后，由MC9S12DG128B产生一•个控制信号，控制外围电路产生40kllz的超声波，经胳形放大后加到超声波换能器发射出频率为40kl比的超声波。同时，计数MC9S12DG128B内部的定时器，测戢超声波信兮从发出到接收所花的时间，并把经超声波换能器R接收到的超丙波信号放大、滤波、整形，并作为接收信号來启动定时器的输入捕捉功能，完成次趙声波测距的时间操作。同时.曲温度传感器DS18B20测得当前的环境温度，读入单片机，然后经其处理.在液品显示屏上显示相应的测量值以及当前温度。微控制器MC9S12DG128BMC9S1

5、2DG128B是飞思卡尔公司推出的S12控制器中的一款16位微控制器。其集成度高，片内资源丰富,接口模块包扌舌SPI.SCI、I2C.A/D、PWY等，在FLASH控制及加密方面有较强的功能。MC9S12DG128B微控制器采用増强型16位S12CPU.片内总线时钟频率最高可达25MHz：片内资源包括8kBRAM.128kBFLASIk2kBEEPROM、SCI>SPI及PWM串行接口模块；PWM模块可设置成4路8位或2路16位，可宽范围选择时钟频率；它还提供2个8路10位精度A/D转换器、控制器局域网CAN和增强型捕捉定时器，并支持背景调试模武（BDM）

6、o超声波的发射电路超声波发肘电路般由超声波反对器T.40kHz的超音频振荡氟驱动（或激励）电路等组成.木设计利用门电路产生40k血的超声波，组成的超声波发射电路见图2。图中.与非门74LS00和LM386组成超声波发射电路，川74LS00构成藝谐振荡徽通过调节20k的电位器，可产生超声波发射的40kHz信号，其中U3A为驱动器，电路掘荡频率f~1/2.2RC,单片机的控制信号山U2A输入。为増大超声波的发射频率，本设计利用了单运放LM386,发射距离町达4叭超声波的接收电路超声波接收电路如图3所示。接收头采用与发射头配对的趙声波接收器R,将超声波凋制脉冲变

7、为交变电压信号。为了进行信号的整形，在设计中的CMOS电平的6非门芯片CD4069,可以减少电路的复杂程度，提高电路的带负披能力。整形后的信号由C】耦合给带有锁定环的音频译码集成块LM567的输入端3脚，当输入信号的幅度落在其中心频率上时，LM567的逻紺输出端8脚曲高电平跃变为低电平。根据上文中式（2）可知，温度对声速的影响较大，若不进行补偿，将会带來测量谋差，为了捉高系统的测量粘度，设计了温度补偿电路。系统釆用数字温度传感誥DS18B20來采集温度，DS18B20是美国DALLAS公司生产的lwire总线阳行数字温度传感誥.它具有微型化、低功耗.抗干扰

8、能力强.易于与微处理器接口等优点•适合于各种温度测控系统。它的测虽