单片机设计测距仪原理及应用

1、单片机设计测距仪原理及应用前超声波测距已得到广泛应用，国内一般使用专用集成电路根据超声波测距原 理设计各种器，但是专用集成电路的成本较高、功能单一。而以单片机为核心的测 距仪器可以实现预置、多端口检测、显示、报警等多种功能，并且成本低、精度 高、操作简单、工作稳定可黑。本文简要介绍了利用51系列单片机实现超声波测 距的原理以及实现的方法。1 51系列单片机的功能特点51系列单片机中典型芯片(女1AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形 式，内部由CPU, 4kB的ROM, 256 B的RAM, 2个16b的定时/TO和Tl, 4个8 b 的工/0端I: IPO, Pl, P2, P

2、3, 一个全双功串行通信口等组成。特别是该系,使其在实际中有列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E'PROM)着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机引脚与封装如图1所示。PI.0PI.1!PI.2;PI.3PI.4PL5PI.6PI.7RST/VPD10111213141516RXD P3 0 TXD P3 .IIKTH F3 .2itNTi MJTO P3 4 IL P3SWR F3 6 RD P3?XTAL2 XTAUV«540 1-393837363534333231302929181920P0 0 h)J P0

3、2心 砒P0.5 P0.6 理7EA?VnDALI7PROGPSTN 一一卩2,7 P2 6 P2 5P2.4 P2 3P2251系列单片机提供以下功能:4 kB存储器;256 BRAM;32条工/0线;2个16b定 时/计数器;5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式:CPU停 止工作，而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式:保存RAM的内容，停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件 复位。51系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的 片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。2单 片机实现测距原理单片

4、机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差tr,然后求出距离S二Ct/2,式中的C为超 声波波速。限制该系统的最大可测距离存在4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 收能力将决定最小的可测距离。为了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。III于超声波属于 声波范围，其波速C与温度有关，表1。列出了儿种不同温度下的波速。表1波速与温度关系表jfl® /C-20'100102030100波速/

5、eY3鸡 3253233M3443A93師在测距时由于温度变化，可通过温度target二_bldnk" title二传感器自动探 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超声波经过的路 程，提高了测量精确度。波速确定后，只要测得超声波往返的时间r,即可求得距 离5。其系统原理框图如图2所示。IB? JWIE最抚畝理也田单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反 射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信 号启动单片机中断程序，得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后，相应 的讣算结果被送至LED

6、显示电路进行显示，若测得的距离超出设定范围系统将提示 声音报警电路报警。AT89C51通过外部引脚P2. 0输出脉冲宽度为25/us、载波为40kHz的超声波脉 冲吊，加到射随器的基级，经功率放大推动超声波发射器发射出去。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AT89C51的引脚利用该原理设计的实例:汽车防撞雷达3. 1系统硬件设计汽车防撞雷达可以帮助驾驶员及时了解车周圉阻碍情况，防止汽车在转弯、倒 控制、车等情况下撞伤、划伤。其接收部分硬件电路如图3所示，发射、预置显示部分硬件电路如图4所示。m J践收H5分*件岖開用SP3

7、.2,提供给软件进行处理。经过AT89C51对接收到的信息进行处理后，被测的距离茬LED±显示，显示的数据由串口线RXD和TXD输出到74LS164,转化为 并行数据控制LED的显示，采用动态显示。两位LED可表示4. 9, 0. 1 m的距离，满 足显示精度;若该距离小于预置的汽车低速安全刹车范围（如：1 n）或0.5m）,报警 电路发出适当的警告提示音，III P2. 1的输出控制报警电路的工作。3. 2系统软件设计汽车防撞雷达根据超声测距原理用AT89C51单片机开发设计。整个软件采用模 块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块 组成。软件设计的主要思路是将预置、发射、接收、显示、声音报警等功能编成独立 的模块，在主程序中釆用键控循环的方式，当按下控制键后，在一定周期内，依次 执行各个模块，调用预置子程序、发射子程序、查询接收子程序、定时子程序，并 把测量的结果进行分析处理，根据处理结果决定显示程序的内容以及是否调用声音报警程序。当测得距离小于预置距离时，声音报警程序被调用。图5所示为程序的流程图。III s理中版丹團利用51系列单片机设计的测距仪便于操作、读数直观。经实际测试证明，该 类测距仪工作稳定，能满足一般近距离测距的要求，且成本较低、有良好的性价 比。由于该系统中锁相环锁定需