带温度补偿的超声波测距系统设计说明

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1、南通大学传感器与检测课程设计(预习）报告项目：带温度补偿的超声波测距系统设计班级：姓名：学号：联系方式：学期：2015-2016-220前言3一．课题调研31.1传感器选型31.1.1可选温度传感器DS18B2031.1.2可选用AD590温度传感器41.2超声波传感器51.2.2选用MAX232芯片 做发射电路71.2.3超声波发射电路81.2.4超声波接收电路101.2.5选用TL074芯片作为接受电路111.3多种实现方法。121.3.1方法一：系统结构框图121.3.2工作原理121.3.3

2、方案二：系统结构图如下。13二．总体设计142.1电路图142.1.1超声波模块电路142.2.1主程序设计。1820前言以AT89S51单片机为核心，设计了一种带温度补偿的超声波测距系统。系统包括单片机、超声波发射及接收模块、温度补偿模块、信息显示模块。温度补偿模块采用温度传感器DS18B20采集环境温度，根据超声波速度与温度值的对应关系及时修正波速，以纠正温度的变化引起超声波测距系统产生的误差。一．课题调研1.1传感器选型集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传

3、感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。   1.1.1可选温度传感器DS18B20由于声音的速度在不同的温度下有所不同，因此为提高精度，应通过温度补偿对超声波的传播速度进行校正。系统采用DS18B20传感器测量温度，DS18B20温度传感器具有不受外界干扰、精度高、测温范围宽等优点。

4、单片机口接DS18B20数据总线，控制DS18B20进行温度转换和传输数据，数据总线接10kΩ的上拉电阻，作用是使总线控制器在温度转换期间无需一直保持高电平。201.1.2可选用AD590温度传感器AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R

5、2的电阻之和为1kΩ时，输出电压随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使=273.2mV。或在室温下(25℃)条件下调整电位器,使=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。AD590把被测温度转换为电流再通过放大器和A/D转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制。20通过查阅资料与比较分析可得：AD590需要和高精度ADC配合使用才能得到数据

6、，优点是速度快，编程简单，缺点是是需要校准，电路复杂，成本高。DS18B20保证精度足够，电路简单成本低，但是编程复杂，转换速度慢，但关键的是DS18B20性价比高，如果广泛选用，所带来的社会效应比较好，有利于环保节能。综上所述:由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一个芯片，与单片机连接简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，DS18B20不需要AD转换，精度高，电路简单且成本低，可行性好，经济性好，所以选用DS18B20。1.2超声波传感器1.2.1

7、超声波传感器HC－SＲF04。选用HC-SR04集成发射与接收HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，其结构简单，使用单片机控制电路简单容易，而且价格便宜。该模块包括超声波发射、接收与控制电路。发射电路主要由Em78p153单片机、MAX232及超声波发射头T40组成，接受电路主要由TL07420运算放大器及超声波接收探头R40组成。实物如图如下超声波发射电路超声波接受电路201.2.2选用MAX232芯片 做发射电路MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为R

8、S-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，如图所示，使用+5v单电源供电。MAX220–MAX249系列线驱动器/接收器，专为EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口设计，尤其是无法提供±12V电源的应用。 发射电路如图201.2.3可选用TCT40-16T和一支超声波接收传感器TCT40-16Ｒ。TCT40-16T可以发40kHz左右的方波脉冲信号。信号由单片机端口提供，由于单片机端口输出功率不够，40kHz方波脉冲信号需经功率放大以便使发射距离足够