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如何使用单片机STC89C51进行超声波测距仪的设计

消耗积分:2 | 格式:pdf | 大小:0.10 MB | 2019-06-03

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  介绍了一种基于单片机 STC89C51 的超声波测距系统,重点阐述该系统的硬件电路设计和软件设计,并利用温度检测电路有效消除了环境温度变化对传播速度的影响;在数据处理方面,利用最小二乘法得出实际值与测量值之间的补偿公式,从而使系统的测量误差进一步减小;在盲区消隐方面,通过在软件上采用延迟接收技术,有效消除了串绕信号,进一步提高了检测的精度及灵敏度。

  如今在工业,医学等许多方面都对超声波应用的要求越来越高,由于超声波测距与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果,广泛应用于液位和物位的非接触式测量以及汽车倒车时的报警。因此,设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。

  本设计采用以 STC89C51 单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计,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。各探头的信号经单片机综合分析处理,实现超声波测距仪的各种功能。

  1 超声波测距原理

  超声波是高于听觉频率阈值的机械波,超声波具有直线传播特性,它的频率越高,反射能力越强,而绕射能力越弱,表现出更强的方向性,利用超声波的这种特性采用时间差值检测法进行距离的测量,发射器发出的超声波以速度 v 在空气中传播,在到达被测物体时被反射返回,由接收器接收,其往返时间为 t,由 s=vt/2 即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波,其声速 v 与温度有关,下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。

  2 超声波测距仪硬件电路设计

  单片机控制超声波发射器发出 40kHZ 的超声波信号;超声波接收器将接收到的超声波信号,用接收电路进行检波处理后,启动单片机中断程序,测得时间为 t,再由软件进行判别、计算,并将数据送至 LCD 显示。

  本系统主要由单片机及其显示电路、温度补偿电路、超声波发射电路和接收电路等组成。当第一个超声波脉冲发射后, 计数器开始计数, 在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数, 利用温度检测电路实时地测量环境温度 T,再根据公式计算超声波的速度 c,从而计算出距离,将数据送到 LCD 显示。其中单片机是整个系统的核心部件,协调各部分的工作。

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