基于AT89S52的超声波测距系统设计

关键词：单片机；温度补偿；超声波 Design of Ultrasonic Range Finding System Based on AT89S52

AN Yu-lEi

(School of Information, Zhuhai Campus, Beijing Institute of Technology, Zhuhai 519085, China) Key words: MCU; temperature compensation; ultrasonic 本文介绍一种以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、LCD数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。实际使用证明该仪器工作稳定，性能良好。

1 超声波测距的基本原理

本设计采用超声波渡越时间检测法。其原理为：检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即渡越时间。渡越时间与气体中的声速相乘，就是声波传输的距离。考虑实际情况，采用异地脉冲反射式来测距，即需测距离是声波传输距离的一半：测出发射和接收回波的时间差 t，然后求出距离。在速度v已知的情况下，距离的计算公式如公式1：

S=v· t/2 （1）

超声波属于声波范围，而声速与温度有密切的关系[4]，因此测量环境温度可以提高测量精度。声速和温度的关系为： 其中T为环境温度。

2 超声波测距系统的总体结构设计

2.1 设计方案

超声波测距仪的设计要求如下：

1) 测量范围小于等于5米；

2) 测量误差小于0.3cm；

3) 进行温度补偿；

4) 以LCD显示，显示温度和距离；

根据以上要求，测距仪的设计方案如下，共四个模块。

①以AT89S52单片机为主控制器。该器件是INTEL公司生产的MCS-51系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术,具有较高性能的8位单片机。利用其定时器计数器0实现超声波往返时间的测量； ③采用超声波发射接收一体化器件HC-SR04，以降低调试的复杂性，提高系统的稳定性； 3 硬件设计

3.1 控制模块设计 3.2 超声波模块设计

集成电路HC-SR04是一款集发射，接收和控制一体的超声波测距专用模块。超声波模块时序图如图2所示。

其上共有4跟引脚，电源引脚VCC，地引脚GND，触发引脚Trig，和反射波检测Echo。时序图表明只要通过IO口给Trig一个大于10微秒的TTL高电平既可以触发模块发送8个40KHz的方波，并自动检测是否有超声波返回。若有信号返回，通过IO口Echo输出一个高电平，且高电平的持续时间就是超声波从发射到接收的时间 。因此只要测得Echo脉冲宽带，结合声速就可以计算出所测距离。

3.3 测温模块 通过单线总线端口访问DS18B20的协议主要有：①初始化，也就是主机检测DS18B20的存在；②ROM操作，包括主机对DS18B20的读写等；③存储器操作命令；④执行测温，读取温度和温度转换等。

通过现场测温，计算出当前温度下的波速，可较精确的计算测量距离。

3.4 显示模块

4 软件设计 4.1 超声波往返时间计算子程序

void test( void)

{ StartModual()；//启动超声波模块

_nop_();//延时以防止接收端

_nop_();//接到发射波

_nop_();

_nop_();

_nop_();

while(!Echo);//当Echo为零时等待

TR0=1; //开启计数

while(Echo); //当Echo为1

//计数并等待

TR0=0; //关闭计数

}

4.2 距离计算子程序 void calculater()

{

float v; //声速

float tp; //温度

time=TH0*256+TL0;

TH0=0;

TL0=0;

if(temp<0x8000) //温度为正直

tp=temp*0.0625;

else//温度为负值

tp=temp*(-0.0625);

c=331.4+0.61*tp; //温度补偿

distance=(time*c/(2*100))/100;

}

5 实验结果与结论

利用游标卡尺对测距仪标定，测量数据如表1。

利用AT89S52单片机设计的超声波测距仪易于操作，读数直观，功耗较低，体积小，便于嵌入其他系统。经实际使用，该测距仪性能稳定，成本低。采用了温度补偿单元，提高了测量精度，测量精度可达0.3cm，最小测量距离为3cm,最大测量距离达400cm，达到了很好的效果。

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参考文献： [2] 姜道连,宁延一,袁世良.用AT89C2051设计超声波测距仪[J].国外电子元器件,2000(12).

[3] 钟志万.基于AT89S52和K9F6408U0A的数字语音系统设计[J].电子设计工程,2010,18(10):180-184.

[4] 沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现[M].北京:电子工业出版社,2005:305-306.