基于單片機的超聲波測距結(jié)課論文(編輯修改稿)
2025-07-24 19:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 s左右，延遲1ms，然后把計時器T0打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行時間準確，所以采用匯編語言編程，發(fā)射終端流程如下圖8。圖8 定時器中斷子程序流程圖超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進入超聲波接收中斷程序。就立即關(guān)閉計時器T0，停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標志字賦值2，以表示本次測距不成功。接收中斷程序流程圖如圖9圖9 INT0中斷子程序流程圖4．調(diào)試及數(shù)據(jù)分析在基于單片機的硬件電路制作完成并調(diào)整好后，便可將程序編譯好下載到單片機運行。根據(jù)實際情況，可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖個數(shù)和兩次測量的間隔時間，以適應不同距離的測量需要。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。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)發(fā)射后由超聲波接收頭接收到40kH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25us。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1us，所以只能產(chǎn)生半周期為12us貨13us的方波信號。本系統(tǒng)編程時選用了后者。LED距離顯示超聲波發(fā)射頭超聲波接收頭標尺圖10實驗測試裝置框圖超聲波發(fā)射頭發(fā)射出超聲波，在空氣中傳播一段距離后經(jīng)由墻壁反射又超聲波接收頭接收經(jīng)過單片機處理程序處理在顯示電路上顯示。測試數(shù)據(jù)表明，在近距離測量5~10cm和100cm以上時，本設計的誤差比較大，而在10~100cm距離之間的測量，本設計的精確度相當高，全部控制在1%以下。所以本設計的可測距離為5~200cm，但是最佳測量距離為10~100cm。5．設計方法的改進由超聲波的特性知道，受溫度因素影響較大，雖然再設計中組合了溫度受控電路，增加了精確度，空氣中傳播的超聲波是由機械振動產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響，即：C=Bp（3）其中B為氣體的彈性模量，r為氣體的密度。氣體彈性模量，由理想氣體壓縮特性可得：B=g*r，其中g(shù)為定壓熱容與定容熱容的比值，P為氣體的壓強。氣體的壓強為： P=RTV=RTPM（4）其中，T為氣體溫度，M為氣體分子量，103kg/mol。所以 C=rRTM（5）超聲波聲速與空氣的密度有密切關(guān)系。當需要精確確定超聲波傳播速度時，必須考慮溫度的影響，要進行溫度補償。有部分測量盲區(qū)的原因，超聲波發(fā)射后不可立即開啟INT0接收回波，要等待一段時間后以避免超聲波未經(jīng)被測物就直接到接收端，這段被稱為“虛假反射波”。從發(fā)射開始一直到“虛假反射波”結(jié)束這段時間，不開放INT0中斷申請，可有效躲避干擾，但也會造成測試的“盲區(qū)”，即最小可測距離。本系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)最小可測距離為5cm，而且誤差較大。在實際應用中，為了方便處理，超聲波常調(diào)制成有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。測距系統(tǒng)一般由超聲波發(fā)送、接收、時間計測、微機控制和溫度測量五個部分組成。如何提高測量精度是超聲測距的關(guān)鍵技術(shù)。其提高測距精度的措施下：（1）合理選擇超聲波工作頻率、脈寬及脈沖發(fā)射周期據(jù)經(jīng)驗，超聲測距的工作頻率選擇f=40kHz較為合適，發(fā)射脈寬一般應大于填充波周期的10倍以上即：T，考慮換能器通頻帶及抑制噪聲的能力，選擇發(fā)射脈寬1ms，脈沖發(fā)射周期的選擇主要考慮微機處理數(shù)據(jù)的速度，速度快，脈沖發(fā)射周期可選短些。（2）在超聲波接收回路中串入增益調(diào)節(jié)及自動增益負反饋控制環(huán)節(jié)因超聲接收波的幅值隨傳播距離的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，所以采用電路使放大倍數(shù)隨測距距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加的電路，使接收器波形的幅值不隨測量距離的變化而大幅度的變化，采用電流負反饋環(huán)節(jié)能使接收波形更加穩(wěn)定。（3）提高計時精度，減少時間量化誤差如采用芯片計時器，計時器的技術(shù)頻率越高，則時間量化誤差造成的測距誤差越小。例如：單片機內(nèi)置計時器的計數(shù)頻率只有晶振頻率的十二分之一，當晶振頻率為6MHz時，，當
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