長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院超聲波測(cè)距論文(編輯修改稿)
2025-07-23 15:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問(wèn)未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 超聲波檢測(cè)接收電路[8，9]集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路(如圖23)。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖23 超聲波檢測(cè)接收電路 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用AT89C51，經(jīng)濟(jì)易用，且片內(nèi)有4K 的ROM，便于編程。電路原理圖如圖24 所示。其中只畫(huà)出前方測(cè)距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測(cè)距電路第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)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(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) [10]超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R 所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為：d=s/2=(ct)/2 （1）其中，d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s 為聲波的來(lái)回的路程，c 為聲速，t 為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0 或INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。其部分源程序如下：RECEIVE0：PUSH PSWPUSH ACCCLR EX0 ；關(guān)外部中斷0MOV R7, TH0 ；讀取時(shí)間值MOV R6, TL0CLR CMOV A, R6SUBB A, 0BBH；計(jì)算時(shí)間差MOV 31H, A ；存儲(chǔ)結(jié)果MOV A, R7SUBB A, 3CHMOV 30H, ASETB EX0 ；開(kāi)外部中斷0POP ACCPOP PSWRETI 主程序流程圖軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖31（a）（b） (c) 所示。主程序完成化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三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(shí)間值初始的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，其中超聲波發(fā)射和接收采用214。155的超聲波換能器 TCT4010F1（T發(fā)射）和 TCT4010S1（R接收），中心頻率為 40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～8cm，其余元件無(wú)特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測(cè)距儀能測(cè)的范圍為 ～，測(cè)距儀最大誤差不超過(guò) 1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。第5章 系統(tǒng)仿真 Proteus工作界面Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 Proteus ISIS的工作界面 仿真由于Proteus里沒(méi)有超聲波傳感器，也沒(méi)有能夠完全代替它功能元件，所以本設(shè)計(jì)只敘述其能仿真出來(lái)一部分。源程序的錄入先右擊AT89C51，再左擊AT89C51，點(diǎn)擊，選擇所需要的HEX文件。然后單擊OK。 錄入源程序?qū)υ捒?) 仿真的實(shí)現(xiàn)一切準(zhǔn)備就緒后，點(diǎn)擊，就開(kāi)始仿真了。 系統(tǒng)仿真原理圖 仿真結(jié)論雖說(shuō)在仿真時(shí)溫度傳感器DS18B20是可視調(diào)節(jié)，且全為整數(shù)，但LED顯示時(shí)當(dāng)溫度達(dá)到一定范圍便會(huì)出現(xiàn)小數(shù)誤差。例如當(dāng)DS18B20顯示是28℃時(shí)，℃；而當(dāng)DS18B20顯示是25℃時(shí)，而LED顯示仍是25℃；而仿真表明隨著溫度的升高其誤差大小也并不一致，且全都控制在1℃以內(nèi)。說(shuō)明這并不是固有誤差，很難避免，可以忽略，其對(duì)距離測(cè)量的影響也微乎其微，并不會(huì)使距離測(cè)量精度明顯降低。根據(jù)超聲波的特性，距離測(cè)量時(shí)必須滿足條件：①被測(cè)目標(biāo)必須垂直于超聲波測(cè)距儀。②被測(cè)目標(biāo)表面必須平坦。③測(cè)量時(shí)在超聲波測(cè)距儀周圍沒(méi)有其他可反射超聲波的物體。因此在測(cè)量過(guò)程中稍不小心就會(huì)接收不到超聲波，而導(dǎo)致沒(méi)有測(cè)量結(jié)果。由于超聲波的往返時(shí)間由單片機(jī)AT89C51的定時(shí)器T1來(lái)記，定時(shí)器T1工作在方式1，可得出在常溫下最大的測(cè)量距離在10m以內(nèi)。且因?yàn)榘l(fā)射功率有限，
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