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1、超聲波測距-精講課件超聲波測距原理時間差測距法S=vt/2發(fā)射點距障礙物的距離(s)超聲波在空氣中的傳播速度為v，根據(jù)計時器記錄的時間t，溫度（℃）－30－20－100102030100聲速(m/s)313319325323338344349386聲速與溫度的關系基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)利用AT89C51編程產(chǎn)生頻率為40kHz的方波，經(jīng)過發(fā)射驅(qū)動電路放大，使超聲波傳感器發(fā)射端震蕩，發(fā)射超聲波。超聲波波經(jīng)反射物反射回來后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機中斷口。其系統(tǒng)框圖如下圖所示。超聲波傳感器壓電效應原理：壓電效應有逆效應和順效應，超聲波傳感器是
2、可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應的原理。所謂壓電逆效應如圖2-2所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應變。若在圖a所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖b所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時，外部負電荷與極化負電荷相斥。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。若外部施加的極性變反，如圖c所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長，在長度方向上縮短。超聲波信號的檢測與處理單片機系統(tǒng)及顯示電路模塊顯示模塊工作原理單片機采用AT89C51，采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P1.0端口輸出超聲波
3、換能器所需的40kHz的方波信號，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動。超聲波發(fā)射電路模塊發(fā)射模塊工作原理發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T組成，單片機P1.0端口輸出的40KHz方波信號一路經(jīng)反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波華能器的另一個電極。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上拉電阻R10,R11一方面可以提高反向器74LS0
4、4輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。超聲波轉(zhuǎn)換器的功能利用壓電晶體諧振工作。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一超聲波發(fā)生器；如沒加電壓，當共振板接受到超聲波時，將壓迫壓電振蕩器作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接受轉(zhuǎn)換器。超聲波接受轉(zhuǎn)換器與發(fā)射轉(zhuǎn)換器其結(jié)構稍有不同。軟件設計由于C語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率并且容易精確計算程序行動的時間，而超聲波測距器的程序既有
5、較復雜的計算（計算距離時），又要求精確計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。超聲波測距器的軟件設計主要由主程序，超聲波發(fā)生子程序，超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。主程序首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器T0工作模式為16位的定時計數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P2清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲0.1ms(這也就是測距器會有一個最小可測距離的原因)后，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用12MHz的晶振，機器周期為1us,當主程序
6、檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按下式計算即可測得被測物體與測距儀之間的距離,設計時取20℃時的聲速為344m/s則有：d=(C*T0)/2=172T0/10000cm（其中T0為計數(shù)器T0的計數(shù)值）測出距離后結(jié)果將以十進制BCD碼方式LED超聲波發(fā)生子程序和接收中斷程序用單片機編程產(chǎn)生40kHz方波，可用延時程序和循環(huán)語句實現(xiàn)。先定義一個延時函數(shù)delays()，然后可用for語句循環(huán)，并且循環(huán)一次同時改變方波輸出口的電平高低，從而產(chǎn)生方波。部分程序如下：voiddelays(){}//延時函數(shù)voidmain(){for(a=0；
7、a<200；a++)//產(chǎn)生100個40KHz的方波{P36=!P36；//每循環(huán)一次，輸出引腳取反delays()；}}單片機每隔一段時間產(chǎn)生一串40kHz方波，同時定時器開始計時，當收到回波，產(chǎn)生中斷信號后，單片機執(zhí)行中斷程序。在中斷程序中，先讓定時器停止計數(shù)，然后讀取時間，通過時間計算出所測距離，輸出結(jié)果。中斷程序如下：voidintersvro(void)interrupt0using1//INTO中斷服務程序{uintbwei,shwei,gwei；ucharDH,DL；ulongCOUNT；ulongnum；TR0
