基于51單片機的超聲波測距系統(tǒng)設計(已修改)
2025-07-01 13:13 本頁面
【正文】 1 設計任務本文采用超聲波傳感器,IAP15單片機以及LCD顯示模塊設計了一種超聲波測距顯示器，可以實現(xiàn)測量物體到儀器距離以及顯示等功能。是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉的超聲波距離測量器，具有一定的實用價值。2 設計思路 超聲波測距 超聲波超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。近年來，隨著電子測量技術的發(fā)展，運用超聲波作出精確測量已成可能。隨著經濟發(fā)展，電子測量技術應用越來越廣泛，而超聲波測量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質中的傳播規(guī)律，如在介質的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進入介質后被介質吸收而發(fā)生衰減等。正是因為具有這些性質，使得超聲波可以用于距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術被廣泛應用于人們日常工作和生活之中。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內部、液位高度的測量等。超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的指標要求，因此為了使移動機器人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測距在移動機器人的研究上得到了廣泛的應用。同時由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點，因此在汽車倒車雷達的研制方面也得到了廣泛的應用。 超聲波測距原理最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關。在使用時，如果傳播介質溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。距離計算公式：d=S2=CT2 （21）其中d為被測物與測距器的距離，s為聲波的來回路程，c為聲波，t為聲波來回所用的時間。其中聲速c與溫度有關。C=+ （22）如果要提高測距精確度，則必須考慮溫度的影響，也可取室溫簡化電路設計，將溫度傳感器作為擴展電路，在力所能及的情況下完成。 超聲波測距模塊HCSR04HCSR04超聲波測距模塊可提供2cm至400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達3mm；模塊自身包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。實物如圖21所示：圖21 HCSR04模塊實物圖HCSR04工作原理及說明：給Trig觸發(fā)控制信號IO端口至少10us的高電平信號。模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，并自動檢測是否有信號返回。有信號返回時，Echo回響信號輸出端口輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。兩次測距時間間隔最少在60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。如圖22所示：圖22 HCSR04工作原理
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