1 單片機實現(xiàn)測距原理

       單片機發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差tr，然后求出距離S＝Ct／2，式中的C為超聲波波速。

    限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在4個因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設計方法。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關，表1。列出了幾種不同溫度下的波速。

    在測距時由于溫度變化，可通過溫度傳感器自動探測環(huán)境溫度、確定計算距離時的波速C，較精確地得出該環(huán)境下超聲波經(jīng)過的路程，提高了測量精確度。波速確定后，只要測得超聲波往返的時間r，即可求得距離5。其系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

   單片機(AT89C51)發(fā)出短暫的40kHz信號，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，得出時間t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結(jié)果被送至LED顯示電路進行顯示，若測得的距離超出設定范圍系統(tǒng)將提示聲音報警電路報警。

     AT89C51通過外部引腳P2．0輸出脈沖寬度為25／us、載波為40kHz的超聲波脈沖串，加到射隨器的基級，經(jīng)功率放大推動超聲波發(fā)射器發(fā)射出去。超聲波接收器將接收到的反射超聲波送到放大器進行放大，然后用鎖相環(huán)電路進行檢波。經(jīng)處理后輸出低電平，送到AT89C51的引腳。

利用該原理設計的實例：汽車防撞雷達

2 系統(tǒng)硬件設計

汽車防撞雷達可以幫助駕駛員及時了解車周圍阻礙情況，防止汽車在轉(zhuǎn)彎、倒車等情況下撞傷、劃傷。其接收部分硬件電路如圖3所示，發(fā)射、預置＼控制、顯示部分硬件電路如圖4所示。
 

sP3．2，提供給軟件進行處理。經(jīng)過AT89C51對接收到的信息進行處理后，被測的距離茬LED上顯示，顯示的數(shù)據(jù)由串口線RXD和TXD輸出到74LSl64，轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)控制LED的顯示，采用動態(tài)顯示。兩位LED可表示4．9～0．1 m的距離，滿足顯示精度；若該距離小于預置的汽車低速安全剎車范圍(如：1 n)或0．5m)，報警電路發(fā)出適當?shù)木�告提示音，由P2．1的輸出控制報警電路的工作。

3 系統(tǒng)軟件設計

汽車防撞雷達根據(jù)超聲測距原理用AT89C51單片機開發(fā)設計。整個軟件采用模塊化設計，由主程序、預置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。

軟件設計的主要思路是將預置、發(fā)射、接收、顯示、聲音報警等功能編成獨立的模塊，在主程序中采用鍵控循環(huán)的方式，當按下控制鍵后，在一定周期內(nèi)，依次執(zhí)行各個模塊，調(diào)用預置子程序、發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，并把測量的結(jié)果進行分析處理，根據(jù)處理結(jié)果決定顯示程序的內(nèi)容以及是否調(diào)用聲音報警程序。當測得距離小于預置距離時，聲音報警程序被調(diào)用。圖5所示為程序的流程圖。
 

4 結(jié) 語

     利用51系列單片機設計的測距儀便于操作、讀數(shù)直觀。經(jīng)實際測試證明，該類測距儀工作穩(wěn)定，能滿足一般近距離測距的要求，且成本較低、有良好的性價比。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時間，測得的距離有誤差，在汽車雷達應用中此誤差為3C111可忽略不計；但在精度要求較高的工業(yè)領域如機器人自動測距等方面，此誤差不能忽略，只有通過改變--些硬件的應用實現(xiàn)對超聲波的快速鎖定，使誤差進一步減小到0．31llnl，可以滿足更高要求。