基于单片机的超声波测距系统设计

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摘要：利用超声波测量距离是一种有效的非接触式测距方法，本文介绍单片机控制的超声波测距系
统的原理，给出系统的硬件构成和软件控制流程，并在数据处理中采用了温度补偿修正。此
系统具有易控制、工作可靠，测量精度高的优点。
引言
超声波在工业生产、医疗技术、日常生活中的应用越来
越多。超声波在介质中传播时在不同界面上具有反射的特
% N% e' }# L1 ^) \性，由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离
较远等特点，所以常用于测量物体的距离、厚度、液位等。
/ D9 h' B# E+ U其传播速度与介质的密度和弹性特性有关，它在空气中的传
: l, O0 }8 t2 g% o! c6 |播速度为340m/s。超声波测距的方法有渡越时间法、频差
7 W+ W& j8 N+ s- P0 N7 ~法、幅值法等，本文利用超声波特性、渡越时间法，以采用
) z; `+ \. s* I) a1 z7 e( J' @AT89C51单片机作为核心控制器件，应用Polaroid 600系列
超声波传感器、Polaroid 6500系列超声波距离模块，实现超.
声波非接触式测距。由于超声波在空气中传播速度会随介质
9 m) a' R# ^- L! y1 s温度的升高而增大，影响测量精度，给出了修正方案。该系
% N' ^0 f6 V$ j* M统可广泛应用于位移和距离测量。
7 O0 \! ?5 F' j" ]1超声 波测距工作原理
  \$ x/ s% b5 Q+ C$ b超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传
播，到达测量目标或障碍物后反射回来，其所经历的时间与.
5 q# l0 M) j$ v. W* J  d超声波传播的路程的远近有关，测试传输时间可以得出距
8 H+ d6 D6 t: R2 J0 s) O0 T离，只要从测量点某--时间发射超声波，并测量该声波返回
6 E  |( D7 w& H的时间即可实现测距。
! v9 Y' j( M% E& v假如L (m)表示物体之间的距离，测得的时间为T .
(s)， 传播速度为V (m/s) 表示，则有以下关系式:
5 z! J/ C* ?" v7 X( D% R+ h, hL= T.V/2 (m)
! e( @) m% A! i4 B但传播速度会随环境温度变化而变化。在空气中的传播
' i, W2 [' |; X) r$ Y+ h6 O速度，若以t (C)表示环境温度，则传播速度为
# u% |- x4 ]6 y$ i$ SV=331.5+0.6t (m/s)
% S) f6 p5 J' I, ^& s6 j气温为15C的音速为340.5m/s，25C的时候为
346.5m/s，测试距离约有2%的误差。测量时按上式对超声
1 S/ o+ s3 b9 x波传播速度加以修正，以减小误差。
- ^: P% D' v; s2 t* z( r2系统构成
; Y2 N* y2 x7 S/ e. l" c+ A2 |系统构成框图如下图1所示。该超声波测距系统由Sen-
% A5 b' S. s& ~5 `) CsComp公司生产的Polaroid 600系列超声波传感器、Polaroid
; S4 F: s* }, N1 j( G6500系列超声波距离模块和AT89C51单片机构成。Polaroid
600超声波传感器是集发射和接收- - 体的传感器，发射频率
: ~& T6 Y1 a7 k- m为49.4KHz,发射角度为30度。超声波传感器有一-定惯

! V. m( q6 C6 d/ ^* u  ?

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