基于单片机的超声波测距仪设计_沈燕

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1、２０１２年４月１日现代电子技术Ａｐｒ．２０１２第３５卷第７期ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｉｑｕｅＶｏｌ．３５Ｎｏ．７基于单片机的超声波测距仪设计沈燕１，高晓蓉１，孙增友２，李金龙１（１．西南交通大学光电工程研究所，四川成都６１００３１；２．东北电力大学信息工程学院，吉林吉林１３２０１２）摘要：介绍了一种基于单片机的超声波测距仪的设计。详细给出了超声波测距仪的工作原理、超声波发射电路和接收电路、测温电路、显示电路等硬件设计，以及相应的软件设计。设计中采用升压电路，提高了超声换能器的输出能力；采用红外接收芯片，减少了电路间相互干扰，提高了灵敏度；同时，考虑了环境温度对超声

2、波测距的影响，采用温度传感器，提高了测量精度。该设计试验运行良好，系统结构简单、操作方便、价格低廉，具有广阔的推广前景。关键词：超声波测距仪；超声波换能器；单片机；温度传感器中图分类号：ＴＮ９１１．７－３４文献标识码：Ａ文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）０７－０１２６－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＭＣＵ１，ＧＡＯＸｉａｏ－ｒｏｎｇ１，ＳＵＮＺｅｎｇ－ｙｏｕ２，ＬＩＪｉｎ－ｌｏｎｇ１ＳＨＥＮＹａｎ（１．ＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉ

3、ｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＤｉａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ１３２０１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｋｉｎｄｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＭＣＵｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｉｎｓｔｒｕ－ｍｅｎｔ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒｅｃｅｉｖｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ｄｉｓｐｌ

4、ａｙｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｃｏｒｒｅ－ｓｐｏｎｄｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｄｏｐｔｅｄｖｏｌｔａｇｅｂｏｏｓｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｏｕｔｐｕｔｃａ－ｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｒｅｃｅｉｖｅｒｃｈｉｐｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｄｍｕｔｕａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｅｎ－ｓｉｔｉｖｉｔｙ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ

5、ｄｅｓｉｇｎａｄｏｐｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｈｅｔｅｓｔｏｆｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｒｕｎｓｗｅｌｌ．Ｉｔｈａｓｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｏｐｅｒａ－ｔｉｏｎｌｏｗｐｒｉｃｅａｎｄｓｏｏｎ．Ｓｏｉｔｈａｓｗｉｄｅｌｙｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ＭＣＵ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒ发出到返回的时间差不同，有声波幅值检测法、相位

6、检０引言测法和渡越时间法。本文采用渡越时间检测法，其基本目前，常用的测距方法主要有毫米波测距、激光测思想如图１所示，发射器发射超声波，经过障碍物反射距和超声波测距三种。超声波测距较前两种测距方法后被接收器接收，测量发射器和接收器发射和接收超声而言，具有指向性强、能耗缓慢、受环境因素影响较小等波的时间差，利用式（１）即可测得障碍物与测试点之间特点，广泛应用于如井深、液位、管道长度、倒车等短距的距离Ｌ：离测量。１Ｌ＝ｃｔ（１）本设计选用频率为４０ｋＨｚ左右的超声波，它在空２［１］气中传播的效率最佳。在超声测距方法上，本文选用式中：ｃ为超声波在空气中的传播速度；ｔ为超声波在空渡越时间法，据

7、文献［２］所提供的数据，渡越时间法简气中传播的时间。单，成本低，可应用的距离范围较大，可测量的范围为０．３９～１０．３ｍ。由于超声波测距主要受温度影响较大，所以本设计增加了温度补偿电路。本设计具有电路简单、操作简便、工作稳定可靠、测距精确和能耗小、成本低等特点，可实现无接触式测量，应用广泛。图１超声波测距原理图１超声波测距仪工作原理同时，超声波在空气中的传播速度ｃ受环境温度τ１．１超声波测距原理的影响较大，考虑了环境温度对传播速度的影响后，距根据超声波发射