一种超声波测距系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种采用STC单片机实现的超声波测距系统，属于测控技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。目前测量距离可以采 用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测 距和超声波测距三种。激光和雷达测距仪造价偏高，不利于广泛的普及应用，在某些应用领 域有其局限性。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所 重视。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常有用的工具在各方面都将有很大的发 展空间，它将朝着更高定位、更高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。
[0003] 由于超声波具有指向性好、能量损耗低、传播距离较远、不易受外界环境影响和对 被测目标无损害等特点，利用超声波测量距离就可以解决传统测量方法中遇到的问题。利 用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能 达到工业实用的要求，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全 防范等领域得到了广泛的应用。
[0004] 超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构 建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所以基于单片机的超声波测距系统被广泛 的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采样获取到超声波的传播时 间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿，其测量电路小巧，精度高， 反映速度快，可靠性好。
[0005] 超声波测距适用于高精度的中长距离测量，超声波在标准空气中的传播速度为 331. 45m/s，由单片机计时，单片机使用12. 0MHz晶振，所以此系统的测量精度在理论上可 以达到毫米级。本文设计的倒车雷达系统就是利用超声波的上述特性做到对倒车距离实时 和高精度的检测，同时，此系统成本低、设计简单、精度和稳定性好，有望得到广泛的应用， 从而减少交通事故的发生。
【发明内容】
[0006] 超声波测距方法主要有三种：1)相位检测法：精度高，但检测范围有限；2)声波幅 值检测法：易受反射波的影响；3)渡越时间法：工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设 计上都容易实现，其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感 器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后求出距离1。设1为测量距离，t为往返时间差，超 声波的传播速度为c，则有l = ct/2。综合以上分析，本设计将采用渡越时间法。由于超声 波也是一种声波，其声速c与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0. 6 米/秒。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速c是基本不变的，计算时取c为340m/ s。如果测距精度要求很高，则可通过改变硬件电路增加温度补偿电路的方法或者在硬件电 路基本不变的情况下通过软件改进算法的方法来加以校正。
[0007] 在本系统中利用AT89S52中的定时器测量超声波传播时间，利用DS18B20测量环 境温度，从而提高测距精度。空气中声速与温度的关系可表示为：
[0008]
[0009] 声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离：
[0010] 1 = 1/2 (331. 4+0. 6T) t。（系统中应用该式进行温度补偿）
[0011] 如果为了进一步提高测量精度，本设计中将根据需要利用软件方式增加角度补偿 的设计：S 2= 1 2-h2。（系统中应用该式进行角度补偿）
【附图说明】
[0012] 图1是系统的硬件结构框图
[0013] 图中：1_超声波接收电路；2-超声波发射电路；3-单片机；4-温度传感器；5-报 警电路。
【具体实施方式】
[0014] 本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、 声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收 电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到IXD上，如果距离小于设定值时，报警电 路会鸣叫，提醒司机注意车距。超声波测距器的系统框图如下图1所示。由单片机AT89S52 编程产生l〇us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。一 旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的 超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的处理，指定接收 口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接 收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。
[0015] 由时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在TO时刻发射方波，同时启动定时 器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器 停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。
【主权项】
1. 一种超声波测距系统，本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收 电路、温度测量电路、声音报警电路和IXD显示电路组成。汽车行进时IXD显示环境温度， 当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到IXD上，如果距离 小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。
【专利摘要】本发明公开了一超声波测距系统，其特征本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。
【IPC分类】G01S15/08
【公开号】CN105652276
【申请号】
【发明人】金佛荣
【申请人】金佛荣
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月27日