1 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距原理

       單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波,，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差tr,，然后求出距離S＝Ct／2,，式中的C為超聲波波速,。

    限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地,、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離,。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差,，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計(jì)方法。由于超聲波屬于聲波范圍,，其波速C與溫度有關(guān)，表1,。列出了幾種不同溫度下的波速。

    在測(cè)距時(shí)由于溫度變化,，可通過(guò)溫度傳感器自動(dòng)探測(cè)環(huán)境溫度,、確定計(jì)算距離時(shí)的波速C，較精確地得出該環(huán)境下超聲波經(jīng)過(guò)的路程,，提高了測(cè)量精確度,。波速確定后,，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間r,，即可求得距離5,。其系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

   單片機(jī)(AT89C51)發(fā)出短暫的40kHz信號(hào),，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入,，鎖相環(huán)對(duì)此信號(hào)鎖定,，產(chǎn)生鎖定信號(hào)啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，得出時(shí)間t,，再由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別后,，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至LED顯示電路進(jìn)行顯示,，若測(cè)得的距離超出設(shè)定范圍系統(tǒng)將提示聲音報(bào)警電路報(bào)警,。

     AT89C51通過(guò)外部引腳P2．0輸出脈沖寬度為25／us、載波為40kHz的超聲波脈沖串,，加到射隨器的基級(jí)，經(jīng)功率放大推動(dòng)超聲波發(fā)射器發(fā)射出去,。超聲波接收器將接收到的反射超聲波送到放大器進(jìn)行放大,，然后用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波,。經(jīng)處理后輸出低電平，送到AT89C51的引腳,。

利用該原理設(shè)計(jì)的實(shí)例：汽車防撞雷達(dá)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

汽車防撞雷達(dá)可以幫助駕駛員及時(shí)了解車周圍阻礙情況，防止汽車在轉(zhuǎn)彎,、倒車等情況下撞傷,、劃傷。其接收部分硬件電路如圖3所示,，發(fā)射、預(yù)置＼控制,、顯示部分硬件電路如圖4所示,。
 

sP3．2，提供給軟件進(jìn)行處理,。經(jīng)過(guò)AT89C51對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理后，被測(cè)的距離茬LED上顯示,，顯示的數(shù)據(jù)由串口線RXD和TXD輸出到74LSl64,，轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)控制LED的顯示,，采用動(dòng)態(tài)顯示。兩位LED可表示4．9～0．1 m的距離,，滿足顯示精度；若該距離小于預(yù)置的汽車低速安全剎車范圍(如：1 n)或0．5m),，報(bào)警電路發(fā)出適當(dāng)?shù)木嫣崾疽?，由P2．1的輸出控制報(bào)警電路的工作,。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

汽車防撞雷達(dá)根據(jù)超聲測(cè)距原理用AT89C51單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)。整個(gè)軟件采用模塊化設(shè)計(jì),，由主程序、預(yù)置子程序,、發(fā)射子程序,、接收子程序、顯示子程序等模塊組成,。

軟件設(shè)計(jì)的主要思路是將預(yù)置、發(fā)射,、接收,、顯示、聲音報(bào)警等功能編成獨(dú)立的模塊,，在主程序中采用鍵控循環(huán)的方式,，當(dāng)按下控制鍵后，在一定周期內(nèi),，依次執(zhí)行各個(gè)模塊,，調(diào)用預(yù)置子程序、發(fā)射子程序,、查詢接收子程序,、定時(shí)子程序,，并把測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行分析處理，根據(jù)處理結(jié)果決定顯示程序的內(nèi)容以及是否調(diào)用聲音報(bào)警程序,。當(dāng)測(cè)得距離小于預(yù)置距離時(shí),，聲音報(bào)警程序被調(diào)用,。圖5所示為程序的流程圖。
 

4 結(jié) 語(yǔ)

     利用51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)距儀便于操作,、讀數(shù)直觀。經(jīng)實(shí)際測(cè)試證明,，該類測(cè)距儀工作穩(wěn)定，能滿足一般近距離測(cè)距的要求,，且成本較低,、有良好的性價(jià)比。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時(shí)間,，測(cè)得的距離有誤差，在汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用中此誤差為3C111可忽略不計(jì),；但在精度要求較高的工業(yè)領(lǐng)域如機(jī)器人自動(dòng)測(cè)距等方面,，此誤差不能忽略,，只有通過(guò)改變--些硬件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波的快速鎖定，使誤差進(jìn)一步減小到0．31llnl,，可以滿足更高要求,。