如何使用單片機(jī)STC89C51進(jìn)行超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)

　　介紹了一種基于單片機(jī) STC89C51 的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，重點(diǎn)闡述該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并利用溫度檢測(cè)電路有效消除了環(huán)境溫度變化對(duì)傳播速度的影響；在數(shù)據(jù)處理方面，利用最小二乘法得出實(shí)際值與測(cè)量值之間的補(bǔ)償公式，從而使系統(tǒng)的測(cè)量誤差進(jìn)一步減??；在盲區(qū)消隱方面，通過(guò)在軟件上采用延遲接收技術(shù)，有效消除了串繞信號(hào)，進(jìn)一步提高了檢測(cè)的精度及靈敏度。

　　如今在工業(yè)，醫(yī)學(xué)等許多方面都對(duì)超聲波應(yīng)用的要求越來(lái)越高，由于超聲波測(cè)距與被測(cè)物體無(wú)直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測(cè)量結(jié)果，廣泛應(yīng)用于液位和物位的非接觸式測(cè)量以及汽車倒車時(shí)的報(bào)警。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距儀就顯得非常重要了。

　　本設(shè)計(jì)采用以 STC89C51 單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。整個(gè)電路采用模塊化設(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。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。

　　1 超聲波測(cè)距原理

　　超聲波是高于聽(tīng)覺(jué)頻率閾值的機(jī)械波，超聲波具有直線傳播特性，它的頻率越高，反射能力越強(qiáng)，而繞射能力越弱，表現(xiàn)出更強(qiáng)的方向性，利用超聲波的這種特性采用時(shí)間差值檢測(cè)法進(jìn)行距離的測(cè)量，發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度 v 在空氣中傳播，在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回，由接收器接收，其往返時(shí)間為 t，由 s=vt/2 即可算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?/p>

　　2 超聲波測(cè)距儀硬件電路設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)控制超聲波發(fā)射器發(fā)出 40kHZ 的超聲波信號(hào)；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)，用接收電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為 t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，并將數(shù)據(jù)送至 LCD 顯示。

　　本系統(tǒng)主要由單片機(jī)及其顯示電路、溫度補(bǔ)償電路、超聲波發(fā)射電路和接收電路等組成。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)超聲波脈沖發(fā)射后， 計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)， 在檢測(cè)到第一個(gè)回波脈沖的瞬間，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)， 利用溫度檢測(cè)電路實(shí)時(shí)地測(cè)量環(huán)境溫度 T，再根據(jù)公式計(jì)算超聲波的速度 c，從而計(jì)算出距離，將數(shù)據(jù)送到 LCD 顯示。其中單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，協(xié)調(diào)各部分的工作。