高精度超声测距系统设计.pdf

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1、Science&TechnologyVision科技视界科技·探索·争鸣高精度超声测距系统设计黄丽(武汉铁路职业技术学院，湖北武汉430023)【摘要】本文以89C55单片机~-．JE渡越时间测量算法，采取温度补偿措施并结合软件编程的算法科学合理的补偿测量误差．完成高精度测距系统设计。【关键词】渡越时间测量；单片机；温度补偿；超声测距Higll—precisionultrasoundrangefindersystemdesignHUANGLi(WuhanRailwayVocationalandTechnicalCollege，WuhanHubei430023，China)

2、【Abstract]Use89C55MCUtoimplementtransittimemeasurementalgorithm，takethetemperaturecompensationmeasures，andcombiningwithso~twaFeprogrammingalgorithmtocompensationmeasurementerror，thencompletethedesignofhighprecisionultrasoundrangefindersystem．【Keywords]Transittimemeasurementalgorithm；MCU；C

3、ompensationmeasurement；Ultrasoundrangefinder0引言脉冲计数的方法间接测量渡越时间t．可以把声波的时间精度提高到所需的准确度，也就是把超声波往返时间转化为对计数脉冲个数N的超声测距系统是现代工业、铁路、勘探以及消费电子系统中不可测量，所以上式(1)可写成：缺少的技术，它要求高精度、高稳定及可控性好，特别是对精度有着越L=N~／(2j9(3)来越高的要求。本系统通过单片机实现渡越时间测量算法．并在硬件式中，r为计数脉冲的频率．为声速。系统上采用高精度的温度补偿机制．结合软件编程算法．从而实现了2．2超声系统硬件部分设计精确的距离测量

4、。且系统采用便携式设计，完全可以在现代工业、勘探硬件系统主要包括了整形电路、滤波、放大电路、LCD距离显示、以及消费电子系统得到广泛使用超声收发器以及温度测量等部分的设计。超声收发器部分采用频率为1系统结构框图40kHz左右的电气方式产生超声波．由一级运算放大电路将超声控制脉冲加载到超声发射器上．经过被测物反射回来的超声经过接收端的本系统整体框图如图1所示．由MCU单片机组成的控制及算法差分放大器放大1000倍左右。放大后的信号经带通滤波、整形后输出系统、整形电路、滤波、放大电路、LCD距离显示、超声收发器以及温度一个脉冲信号．此脉冲信号再经过反相器送入到单片机停止计数．

5、然测量等部分构成。后根据时间计数器的计数值算出初始距离．最后根据数字温度传感器DS18B20测出的环境温度，对该值进行补偿得到最终距离．最终通过LCD显示出来。2_3软件编程实现单片机控制系统的设计．主要完成对超声收发器脉冲的控制及计数．完成渡越时间算法及温度测量和距离补偿．同时控制一般仪器使用时所必须的显示系统。从而可以实现测量距离为0—50米．精度为0．O1米的高精度程控电流源系统设计单片机软件控制流程图如图2所示图1高精度超声测距系统结构图2设计实现2．1渡越时间测量和距离补偿算法渡越时间是指从超声发射器发出的超声波．经气体介质的传播后，然后反射回到接收器的时间。渡

6、越时间与空气中的声速相乘，就是声波传输的距离．即：L=优式中，￡为待测距离，为超声波的声速，t为渡越时间。若用O-L=图2单片机软件控制流程图VO"+△来表示测量误差。O-L为测距误差，为声速，为时间测量3结论误差．为声速误差。则可知提高测量精度的方法有：(1)由于超声波在媒质中的传播速度和温度关系很大．所以必须本系统采用单片机和渡越时间算法及温度测量和距离补偿．在多要采取温度补偿措施．降低温度变化对测量精度的影响。采用专用数种距离和不同环境温度下进行测试，其稳定性良好且精度较高，具有字温度传感器DS18B20测温．然后利用下面公式来计算当前声速．从较强的实用价值。部分测

7、试结果如表1所示。而得到补偿温度导致的影响：表129度环境下测试结果(下转第250页)测量距离(cm】96．890198．2499．860．214929．6脚31_45、／去1(s)(2)实际值(cm)97919850060149I(2)若要求测距误差小于O．Olm，取声速v=340m／s时，忽略声速误·1130误差(cm1O．2O．OO．2O．2O．2O．1O．4差，那么测量时间的误差为：。≤=等=0．00003s。所以必须利用作者简介：黄丽(1987一)，女，湖北孝感人，武汉铁路职业技术学院，助教，研究方向为电子、通信教学