【文章內(nèi)容簡介】 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(shè)計方法。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速 C與溫度 有關(guān)。 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道 C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細(xì)計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C語言和匯編語言混合編程。 超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器 T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R所接收到。這樣只要計算 出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計算公式為： d=s/2=(ct)/2 其中， d為被測物與測距儀的距離， s為聲波的來回的路程， c為聲速， t為聲波來回所用的時間。 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在 INT0或 INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請 求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。 １３ 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。 定時中斷服務(wù)子程序完成三 個 方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作。 程序流程圖如圖 ， (a)為主程序流程圖， (b)為定時中斷子程序流程圖，(c)為外部中斷子程序流程圖。 (a) (b) (c) 圖 程序流程圖 用單片機編程產(chǎn)生 40kHz 方波，可用延時程序和循環(huán)語句實現(xiàn)。先定義一個延時函數(shù) delays()，然后可用 for 語句循環(huán)，并且循環(huán)一次同時改變方波輸出口的電平高低，從而產(chǎn)生方波。部分程序如下： void delays() {} //延時函數(shù) void main() { for(a=0。a200。a++) //產(chǎn)生 100 個 40KHz 的方波 有 無 定時初使化 發(fā)射超聲波 停止發(fā)射 清中斷 發(fā)射 完否 是是 否 讀取時間值 計算距 離 保存結(jié) 果 清中 斷 初使化 定時中斷子程序 有回波否 外部中斷子程序 定時中斷入口 外部中斷入口 等待 返回 返回 １４ { P36=!P36。 //每循環(huán)一次，輸出引腳取反 delays() 。 } } 單片機每隔一段時間產(chǎn)生一串 40kHz 方波，同時定時器開始計時，當(dāng)收到回波，產(chǎn)生中斷信號后，單片機執(zhí)行中斷程序。在中斷程序中，先讓定時器停止計數(shù)，然后讀取時間，通過時間計算出所測距離，輸出結(jié)果。 中斷程 序如下： void intersvro(void) interrupt 0 using 1 //INTO 中斷服務(wù)程序 { uint bwei,shwei,gwei。 uchar DH,DL。 ulong COUNT。 ulong num。 TR0=0 。 //停止計數(shù) DH=TH0。 DL=TL0。 COUNT=TH0*256+TL0。 num= (344*COUNT)/20200。 //計算距離 bwei=num/100。 //取百位 gwei=(numbwei*100)/10。 //取十位 shwei=num%10。 //取個位 P1=tab[bwei]。 //輸出百位 P0=tab[shwei]。 //輸出十位 P2=tab[gwei]。 //輸出個位 TH0=0。 TL0=0。 } １５ 本設(shè)計的 LED 顯示 采用了靜態(tài)顯示方式，并用單片機內(nèi)部軟件譯碼。這樣簡單方便，省去了復(fù)雜的外部譯碼電路。 軟件譯碼只需要定義一個數(shù)組便可，程序語句如下： uchar data tab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}。 這是共陽 LED 顯示從 0 到 9的字形碼。 5 系統(tǒng)電路的調(diào)試與誤差分析 電路的調(diào)試 通過多次實驗，對電路各部分進行了測量、調(diào)試和分析。 首先測試發(fā)射電路對信號放大的倍數(shù)，先用信號源給發(fā)射電路輸入端一個40kHz 的方波信號，峰 峰 值為 。經(jīng)過發(fā)射電路后，其信號峰 峰值放大到10V 左右。 40kHz 的方波驅(qū)動超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到 40kHz 的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，在單片機的外部中斷源輸入端產(chǎn)生一個中斷請求信號。 該測距電路的 40kHz方波由單片機編程產(chǎn)生，方波的周期為 1/40ms，即 25181。s，半周期為 。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生 40kHz方波。由于 12M 晶振的單片機的時間分辨率是 1181。s， 所以只能產(chǎn)生半周期為 12181。s或 13181。s 的方波信號，頻率分別為 和 。本系統(tǒng)在編程時選用了后者，讓單片機產(chǎn)生約 的方波。 系統(tǒng)的誤差分析 聲速引起的誤差 聲波是媒質(zhì)中傳播的質(zhì)點的位置、壓強和密度對相應(yīng)靜止值的擾動。高于20kHz 時的機械波稱為超聲波，媒質(zhì)包括氣體、液體和固體。流體中的聲波常稱 １６ 為壓縮波或壓強波，對一般流體媒質(zhì)而言，聲波是一種縱波，傳播速度為 2Ec???????? ???? ??????????? ② 式②中 E為媒質(zhì)的彈性模量，單位 kg/mm2； ρ 為媒質(zhì)的密度，單位 kg/mm3；E 為復(fù)數(shù)，其虛數(shù)部分代表損耗 。 c也是復(fù)數(shù)，其實數(shù)部分代表傳播速度，虛數(shù)部分則與衰減常數(shù) (每單位距離強度或幅度的衰減 )有關(guān)，測量后者可求得媒質(zhì)中的損耗。聲波的傳播與媒質(zhì)的彈性模量密度、內(nèi)耗