1、 第 页 1 超声波测距仪 摘摘 要要 传统的超声波测距采用的主要原理是通过比较发射超声波与接收到的超 声波时差，从而根据距离与时间的关系，得到测量距离。而本设计利用超声波传 输中距离与时间的关系，采用 AT89C51 单片机进行控制及数据处理，设计出了能 精确测量两点间距离的超声波测距仪。 关键词关键词 超声波 测距 AT89S51 处理 AbstractAbstract：Traditional ultrasonic distance measurement principle is used primarily by comparing the launch of ultrasound a
2、nd receiving ultrasound to the time difference and, consequently, the relationship between distance and time, are measured distances. The design and the use of ultrasound transmission distance and the time constraint, using AT89C51 microcontroller for control and data processing, design that can acc
3、urately measure the distance between two points of the ultrasonic range finder. KevwordsKevwords U1trasoniC Wave Ranging AT89S51 74LS04 CX20106A 引言 我们人类直到第一次世界大战才学会利用超声波， 这就是利用“声呐”的原 理来探测水中目标及其状态，如潜艇的位置等。产生超声波的装置有机械型超声 发生器、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器，以及利用压电晶 体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。 超声波具有如下特性： 1 超
4、声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2 超声波可传递很强的能量。 3 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 4 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。 本设计的超声波测距仪，利用超声波的特性可以对不同距离进行测试，并可 以进行详尽的误差分析。根据超声波传输中距离与时间的关系，采用 AT89C51 单 片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波测距仪。 第 页 2 第一章 方案选择与总体设计 1.1 基于单片机 AT89S51 的超声波测距仪 图 11 设计框图 方案一： 如上图所示单片机 AT89C51 发出超声波测距是通过不断检测
5、超声波 发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和回收的时间差 tr，然后求出 距离 S=Ct/2，式中的 c 为超声波波速。 超声波接收器将接收到的反射超声波送到放大器进行放大， 然后用锁相环电 路进行检波。经处理后输出低电平，送到 AT89S51 引脚。AT89S51 通过外部引脚 P2.0 输出脉冲宽度为 25/us，载波为 40KHZ 超声波脉冲串，加到射随器的基极， 经功率放大推动超声波发射器发射出去。 限制该系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射的质地、反 射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。 接收换能器对声波脉冲的直 接接受能力将决定最小的可测距离。 为了
6、增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别 作为多路超声波发射/接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速 c 与 温度有关，表 1 列出了几种不同温度下的波速。 表 11 波速与温度关系表 温度/ -20 -10 0 10 20 30 100 波速/m/s 319 325 323 338 344 349 386 锁相环电路 放大电路 声音输出 超声波发射 接收电路 LCD 显示 主 控 制 器 第 页 3 在测距时由于温度变化，可通过温度传感器自动探测环境温度、确定计算距 离时的波速 c，较精确地得出该环境下的超声波经过的路程，提高测量精确度。 波速确定后，只要测得超声波往返的时间 t，即可求得距离。 1.2 利用分立模块的超声波测距仪 图 1-2 超声波测距模块组硬件框图 方案二：如上图所示整个系统包括超声波测距模组、LED 数码显示模组、驱 动模组、控制模组及电源等五个部分。 超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成， 超声波的发射受主控制器 控制；超声波换能器谐振在 40KHz 的频率，模块上带有 40KHz 方波
