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基于单片机的超声波测距系统设计及实现
发布日期:2022-05-13 15:14   来源:未知   阅读:

  超声波传感器分机械方式和电气方式两类,它实际上是一种换能器,在发射端它把电能或机械能转换成声能,接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器,它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,产生超声波。反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,就成为超声波接收器。在超声波电路中,发射端输出一系列脉冲方波,脉冲宽度越大,输出的个数越多,能量越大,所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同,使用时应分清器件上的标志。

  Pellarn和Galt于1946年提出了脉冲回波法,其工作原理是:用超声脉冲激励超声探头向外辐射超声波,同时接收从被测物体反射回来的超声波(简称回波),通过检测或估计从发射超声波至接收回波所经历的射程时间ToF(Time of Flight),按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离d,即:

  本系统硬件电路由单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、测温电路、显示电路、报警电路等构成,如图1所示。

  主程序首先对系统环境初始化,设置定时器TO工作模式为16位定时/计数器模式,总中断允许位置1并给显示端口清0;然后调用超声波发生子程序送出若干个超声波脉冲,为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起直射渡触发,从发射开始一直到虚假反射波结束这段时间内,不开放外部中断(INTO)申请,便可有效躲避干扰,但同时也会造成测试盲区.假设延时约0.1 ms后,才打开外部中断接收返回的超声波信号,当温度为20℃,测量盲区为d=1×10-2×344=1.72 cm.

  超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送超声波换能器所需的40kHz的方波信号(脉冲宽度为12μs左右),同时把计数器TO打开进行计时。超声波发生子程序较简单,但要求程序运行准确,所以采用汇编语言编程。

  超声波接收子程序利用外部中断O检测返回超声波,一旦接收到返回超声波信号(即INT0引脚出现低电平),立即进入中断服务子程序,关闭定时器TO停止计时,并将测距成功标志位赋值1.如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号,则说明障碍物过远,超出量程,将关闭外部中断,并标志此次测距不成功。

  最大测试距离将取决于:两次脉冲群发送之间的最小时间间隔和脉冲的能量。一般来说,发射端脉冲个数越多,能量越大,所能测量的距离也越远。但也不是无限制的,本方案是读取定时器TO的计数值,最大能测试的距离是TO尚未溢出时检测到超声波回波信号,故在温度20℃下,最大测试距离为。在一些周期性发射超声波设备中,如果要测试的最大距离是10 m,则两次脉冲群之间的最小时间为。