具有温度补偿功能的超声波测距系统设计

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1、电子测量技术第３６卷第２期可编程器件应用ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３年２月具有温度补偿功能的超声波测距系统设计＊兰羽（陕西工业职业技术学院电气学院咸阳７１２０００）摘要：为了克服超声波测距系统中环境温度波动对系统的测距造成的误差，采用了温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０实时采集温度数据，当环境温度变化时，温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０提取温度，根据温度值与超声波对应的关系采用计算机及时修正波速，以纠正温度的变化引起超声波测距系统产生的误差。系统以单片机ＡＴ８９Ｃ５１为核心，设计了温度采集、超声波发射、接收等硬件电路与系统软件部分。经测试表明：系统能够

2、有效的避免温度的变化对测距系统造成误差，其测量精度达到１％。关键词：超声波测距；温度补偿；ＡＴ８９Ｃ５１；ＤＳ１８Ｂ２０中图分类号：ＴＮ７２２文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．４０１０ＤｅｓｉｇｎｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＬａｎＹｕ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｘｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ７１２０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｅｒｒｏｒｏ

3、ｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒＤＳ１８Ｂ２０ｔｏａｃｑｕｉｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄａｔａｉｎｔｉｍｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｃｈａｎｇｅｓ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒＤＳ１８Ｂ２０ｅｘｔｒａｃｔｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｓｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｔｉｍｅｌｙａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏ

4、ｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｖｅｔｏｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｅｒｒｏｒｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｔａｋｅｓｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐＡＴ８９Ｃ５１ａｓｔｈｅｃｏｒｅ，ａｎｄｄｅｓｉｇｎｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｒｅｃｅｐｔｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄｓ

5、ｏｆｔｗａｒｅｐａｒｔｓ．Ｔｈｅｔｅｓｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｖｏｉｄｔｈｅｅｒｒｏｒｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｅｒａｎｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｕｐｔｏ１％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ＡＴ８９Ｃ５１；ＤＳ１８Ｂ２０１引言２超声波测距系统原理超声波测距与红外线、激光测距相比，其对外界电磁超声波测距系统如图１所示。硬件主要有：超声波发场、光线及色彩敏感度低，更适于电

6、磁干扰强、有毒、黑暗、射电路、超声波接收电路、温度检测电路、ＡＴ８９Ｃ５１单片机烟雾或灰尘的恶劣环境［１－２］，在识别漫反射性差及透明的物控制部分、ＬＣＤ１６０２显示部分。工作原理：测距时单片机体上也更有优势。超声波测距是一种非接触式测量，其具系统先给发射电路提供脉冲信号，发射后单片机系统关闭有性能可靠高、易集成、结构简单、成本低等优点［３］，广泛应发射信号，计数器开始计时，实现起始时的同步；当接收信用于海洋探测、物体识别、倒车防撞雷达等领域［４］。超声波号的最后一个脉冲到来后，计数器停止计时，得到时间ｔ，的测距精度受温度影响较大，一般温度每变化１℃，声速变由Ｓ＝ｖｔ／２就可

7、以计算出发射点距障碍物的距离Ｓ，温度化０．６０７ｍ／ｓ［５］，设计的测距系统以ＡＴ８９Ｃ５１为核心，把Ｔ与超声波对应的关系：Ｖ＝３３１．５＋０．６０７Ｔ。温度值得变化补偿到超声波的波速中，从而降低温度对测则：Ｓ＝３３１．５＋０．６０７Ｔｔ［６］。因此，实际测量时只需要２距结果的影响，提高超声波检测系统的精度。知道环境温度Ｔ和超声波传播的时间ｔ，就可以得出测量的距离Ｓ。收稿日期：２０１２－１２　＊基金项目：陕西工业职业技术学院院级科研项目（ＺＫ１２－１８）·８５·第３６卷电子测量技术３．３超声波接收电路在