基于51单片机的超声波测距仪的设计

郭增涛++胡安正

摘要：本文是以AT89C51为核心，灵活的运用超声波换能集成电路作为超声波的接收电路，在讨论了超声波测距原理、硬件电路实现和软件设计方法基础上，使得该超声波测距仪可实现测距范围：0.4m-3.00m。超过3.00m，数码管显示---。测量精度达到0.01m。

关键词：AT89C51；超声波测距；测量精度；测距范围。

在日常生产生活中很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井等需要自动进行非接触测距。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。本文以AT89C51[1][2]为核心，借助于模数电技术和单片机技术的结合，设计出一种高精度的超声波测距仪。

1 系统总体方案

本系统硬件部分由AT89C51控制器[3][5]组成处理单元、超声波发射电路[4]及接收电路、数码管显示电路、按键电路组成。总体框图如图1所示。

2 超声波测距原理与方法

其原理为：检测从发射传感器发射的超声波[4]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l。设l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。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： 。

3.硬件电路设计

系统硬件主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路、按键电路等四部分组成。

3.1 接收电路设计

需要一个前置放大电路将这一微小交变电压信号充分放大，同时考虑可能出现干扰信号，放大有用信号的同时加入

滤波电路，驱动后面的比较器输出电位跳变，作为确定接收到的时刻。接收电路如图2所示。

3.2单片机显示电路设计

选用4位LED示，表示距离的XXXXmm数值。由数码管，通过单片机编程实现显示，表示距离的XXXXmm数值。

该系统由单片机控制，通过NPN的三极管驱动数码管。

4.软件设计

超声波测距系统软件设计采用模块化设计，主要包括主程序设计、T1 中断服务子程，INT0 外部中断服务子程序、距离计算子程序、显示子程序和延时子程序等。而超声波测距发射子程序在P3.7口产生40kHZ方波脉冲宽度约12us，作为超声波发射器的输出信号。一旦接收到超声波返回信号后，就立即进入中断程序。进入中断程序后就立即关闭定时器，T0停止計时，并将接收到的标志位为1，然后在主函数里调用计算距离公式，在显示出来，流程图如图3所示。

5.测量结果与分析

系统测试结果如表1所示。

结果分析：由测量数据可以看出，该超声波测距仪可实现测距范围：0.4m-3.00m，测量精度达到0.01m。

6.结束语

由测量数据可以看出，该超声波测距仪可实现测距范围：0.4m-3.00m，测量精度达到0.01m。本文所设计的超声波测距系统，其结构简单、体积小、抗干扰性能好，若要满足更高的精度要求，还须进行适当改进。在某些特殊场合的应用中，还要考虑超声波的人射角、反射角以及超声波传播介质的密度、表面光滑度等因素。

参考文献

[1] 王迎旭.单片机原理与应用[M].北京： 机械工业出版社， 2004.7.

[2] 何立明.单片机原理教程[M].北京：北京航空航天大学出版社， 1998.

[3] 周向红.51 单片机应用与实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.5.

[4] 梁森、欧阳三泰.自动检测技术及应用[M]. 北京机械工业出版社2007.3.

[5] 胡锦等.单片机技术实用教程[M].北京.高等教育出版社，2003.

通信作者（指导教师）：胡安正 湖北文理学院 物理与电子工程学院

通信作者（指导教师）：胡安正 湖北文理学院 物理与电子工程学院