/簡易測距裝置摘要：設計中利用單片機C8051F020控制超聲波模塊測距，由MCU控制時間計數(shù),計算超聲波從發(fā)射至接收的往返時間，從而算出實際距離.整個系統(tǒng)由超聲波收發(fā)單元、溫度測量單元、顯示單元和控制單元4個單元組成。軟件部分主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序等部分組成。設計給出了系統(tǒng)構成、電路設計、程序編程，系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測距的準確率高。關鍵詞：超聲波單片機準確度高Ａbsｔraｃt：tｈｅdeｓignofC８051Ｆ0２0ＳCＭcｏｎtrｏlｕsiｎgultraｓoｎicrangiｎgfromＭＣUcｏntroｌtime,count,ｔhecalcuｌaｔｉｏntorecｅｉvefromｔhelaunchuｌtrａsonicround－triptiｍe，andgｅｔｔheactｕaldistance.Thewｈｏlｅsystemconsｉsｔsoｆｕｌtrasoｎiｃtｒａｎsceiveruｎｉｔ,ｔemｐeratureｍeａｓｕrementｕniｔ，dispｌayuｎitａndcoｎｔrolunit４uｎit.Thｅmainpａｒtｏfthｅmａiｎｐroｇramsｏftware,ultrasoｎichappenｓuｂroutinｅs，ulｔraｓｏniｃreｃeｉvingｉｎtｅrｒuptiｏnprｏgramaｎddiｓplａｙｓubrｏｕtinescｏｍponents．Designgivesthｅsｙｓtｅｍｓtrucｔuｒe，cirｃuiｔｄesign,proｇrａｍｍｉng,thesｙstｅmhａstheｅａsyconｔrｏl,reｌｉａbｌｅworkｉｎｇ，rａｎginｇacｃuracｙishiｇh。Keｙwordｓ:ultrasoｎｉcsingｌe－chipmiｃroｃｏｍｐuterhｉghaccｕracy

目錄TOＣ＼o"１-3＂\ｈ\uHYPEＲＬINK\l_Ｔoｃ4051、方案論證?ＰAGERＥF_Tｏc４05３ＨＹＰＥRＬＩＮK\l_Ｔoc135５０1.１總體方案 PAＧEREF_Toc13５50３HＹPEＲＬINK\l＿Ｔoc１41041.２收發(fā)單元方案論證?PAGEREF_Toｃ1410４３ＨYPERLＩNＫ\l_Toc13９9１2、硬件電路設計 PAGEＲEF＿Tｏc13９914ＨYPEＲLＩNK\l_Tｏｃ2195９2.１Pａｒallax28015系列超聲波傳感器?ＰＡGEＲEF_Toc2195９4ＨYPERLIＮK\l＿Toc2０2702.2單片機C80５1F02０?PAGＥRＥＦ_Toｃ２０2７０４HＹPERＬＩNＫ\ｌ_Toｃ36093、理論分析?PAGEＲEＦ＿Ｔoc3609５HＹPERＬINK\l_Toc4213．1超聲波測距的原理?ＰAGEREＦ＿Tｏc4215HYＰERＬINK\l_Ｔoｃ１6６４8３．2計算超聲波傳輸時間?ＰＡＧERＥF_Toc16648５HＹPＥRＬINK＼l_Toc29694４、軟件設計 PAＧEREF_Tｏｃ29694６5、系統(tǒng)測試……………………７HＹPERＬINK\l＿Toｃ261０5.1實驗數(shù)據(jù)處理 PAGＥREF_Toｃ２61０7HＹPＥRＬINK＼l_Ｔoc2９４425。2誤差分析

?PAGERＥF_Toｃ29４４28HＹPERLIＮK\ｌ＿Toc１９５1５6、總結?PＡＧEREF_Ｔoｃ１95158HYPERＬＩNK\l_Toc964７、參考文獻 PＡGEREF_Tｏc９６48ＨYPERＬINＫ\l＿Ｔｏｃ227８５附錄一：元器件料表?PAGERＥF_Toｃ２２785921８72附錄二:整體電路圖?PAＧEREF_Ｔoc21872101、方案論證１.１總體方案本文主要采用單片機控制技術，實現(xiàn)精確的超聲波測距方案，整個系統(tǒng)由超聲波收發(fā)單元、溫度測量單元、顯示單元和控制單元４個單元組成。其中，超聲波收發(fā)單元主要實現(xiàn)超聲波的發(fā)送和接收；溫度測量單元主要測量外界溫度，由于外界的溫度對超聲波的速度有影響,實現(xiàn)溫度補償，提高準確度；顯示單元實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的顯示；單片機為控制單元,完成指令發(fā)送，接收數(shù)據(jù),進行計算等任務.超聲波收發(fā)超聲波收發(fā)信號處理溫度測量液晶顯示單片機（C8051）圖1系統(tǒng)方框圖1.２總體方案論證方案一：超聲波測距方案，超聲波測距儀是根據(jù)超聲波遇到障礙物反射回來的特性進行測量的。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射同時開始計時,超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即中斷停止計時。通過不斷檢測產(chǎn)生波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射超聲波和接收到回波的時間差T，然后求出距離Ｌ。在計算精度和總體有效性、超聲波距離檢測方面占優(yōu)越,尤其相比與其他低成本的遠程檢測系統(tǒng)。不適用于測量距離超過3米。方案二：紅外測距方案,用調制的紅外光進行精密測距的儀器，測程一般為1-5公里。利用的是紅外線傳播時的不擴散原理：因為紅外線在穿越其它物質時折射率很小,所以長距離的測距儀都會考慮紅外線,而紅外線的傳播是需要時間的，當紅外線從測距儀發(fā)出碰到反射物被反射回來被測距儀接受到再根據(jù)紅外線從發(fā)出到被接受到的時間及紅外線的傳播速度就可以算出距離。紅外測距的優(yōu)點是便宜，易制，安全，缺點是精度低，距離近,方向性差。綜上所述，設計選用的是方案一,超聲波傳感器結構簡單、體積小、成本低、技術難度小、信息處理簡單可靠、易于小型化和集成化，最重要的是精度更高一些。２、硬件電路設計設計超聲波測距系統(tǒng)是由paraｌlax2801５系列傳感器和單片機C805１F0２0構成,由ＬCＤ-128６４顯示。2。1Pａrａllax28015系列超聲波傳感器此超聲波傳感器模塊是集發(fā)送與接收一體的一種傳感器。傳感器有三個引腳,一個為VDＤ，一個GNＤ，一個控制端ＳＩG，當給控制端一個2ｕs-5us的正脈沖，等待750uｓ，再給SIＧ端一個高電平就開始計時,超聲波傳感器模塊就產(chǎn)生發(fā)射頻率為4０ｋＨz的超聲波，當超聲波接收回波時，會把SIG端拉低，再停止計數(shù)，如果時間大于115us且小于１8．5ms，就為超聲波測距工作正確。否則超聲波測距出錯,就不計算,重新開始發(fā)射，再判斷。此為超聲波傳感器模塊測距過程。２．2單片機C8０5１F０2０本系統(tǒng)采用Ｃ80５1F020來實現(xiàn)對ｐaｒalｌax28015系列超聲波傳感器模塊的控制.單片機控制SIＧ端來控制超聲波的發(fā)送,然后單片機不停的檢測，當SIG端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就認為超聲波已經(jīng)返回。計數(shù)器所計的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。然而超聲波的傳輸速度主要受溫度影響，因此我們利用單片機Ｃ80５1Ｆ02０進行溫度補償，它內部本身就有一個軟件編程的溫度傳感器，因此使電路簡潔.2。3液晶顯示部分３、理論分析3．1超聲波測距的原理超聲波測距的原理一般采用渡越時間法。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離，即其中D為傳感器與被測障礙物之間的距離,ｃ為聲波在介質中的傳輸速率.在測距精度不是很高的情況下，一般認為c為常數(shù)３40m／s。超聲波的傳播速度主要受空氣密度所的影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快,而空氣的密度又與溫度有著密切的關系.溫度與超聲波的速度之間的近似公式為：℃開始初始化給一個正脈沖5us的信號等待750us開始初始化給一個正脈沖5us的信號等待750us給信號端高電平等待信號端（sig）==0算出距離送顯示TR1=0；停止計數(shù)count=TH1*256+TL1TR1=1定時計數(shù)213<count<35000ＮＮＹＹ5、系統(tǒng)調試??超聲波測距儀的制作和調試,中心頻率為40ｋHｚ，硬件電路制作完成并調試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據(jù)實際情況可以修改成超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送到脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應不同距離的測量需要。根據(jù)所設計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測量的范圍為２0mm—300０mm，測距儀最大誤差不超過5mm。系統(tǒng)調試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷有話系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。?

5.1實驗數(shù)據(jù)處理由于受環(huán)境溫度、濕度的影響，超聲傳感器的測量值與實際值總有一些偏差,表1列出了本超聲測距系統(tǒng)測量值與對應的實際值：表1超聲測距系統(tǒng)測量值與實際值單位：mm實際距離(mm）實測距離（mm)2020．８３030.140４０．5５053.2６0６2.57０7０．9８080．7908９．31０01０2．5150１５1.3200２00。２5．２誤差分析

測距誤差主要來源于以下幾個方面：（1)超聲波發(fā)射與接收探頭與被測點存在一定的角度，這個角度直接影響到測量距離的精確值；(2）超聲波回波聲強與待測距離的遠近有直接關系，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發(fā);（3）由于工具簡陋,實際測量距離也有誤差。影響測量誤差的因素很多,還包括現(xiàn)場環(huán)境干擾、時基脈沖頻率等等。6、總結對所要求測量范圍30mm-3000mm內的平面物體做了多次測量發(fā)現(xiàn)，其最大誤差為5mｍ以內，且重復性好?；趩纹瑱C設計的超聲波測距系統(tǒng)具有硬件結構簡單，工作可靠、測量誤差小等特點。7、參考文獻［1]。童詩白華成英《模擬電子技術基礎》清華大學電子