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DesignofUltrasonicRangeFindingSystemBasedonAT89S52
　　ANYulEi（SchoolofInformation，ZhuhaiCampus，BeijingInstituteofTechnology，Zhuhai519085，China）Keywords：MCU；temperaturecompensation；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：Svmiddot；t2（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。以AT89S52单片机为主控制器。该器件是INTEL公司生产的MCS51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；采用超声波发射接收一体化器件HCSR04，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HCSR04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：初始化，也就是主机检测DS18B20的存在；ROM操作，包括主机对DS18B20的读写等；存储器操作命令；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
　　voidtest（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TR01；开启计数while（Echo）；当Echo为1计数并等待TR00；关闭计数｝4。2距离计算子程序voidcalculater（）｛floatv；声速floattp；温度timeTH0256TL0；TH00；TL00；if（templt；0x8000）温度为正直tptemp0。0625；else温度为负值tptemp（0。0625）；c331。40。61tp；温度补偿distance（timec（2100））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。中国wWw。LWlm。com
　　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）：180184。〔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，2005：305306。