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

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

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

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

　　1 超聲波測距原理

　　超聲波是高于聽覺頻率閾值的機(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間差值檢測法進(jìn)行距離的測量，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)被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為 t，由 s=vt/2 即可算出被測物體的距離。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，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?/p>

　　2 超聲波測距儀硬件電路設(shè)計

　　單片機(jī)控制超聲波發(fā)射器發(fā)出 40kHZ 的超聲波信號；超聲波接收器將接收到的超聲波信號，用接收電路進(jìn)行檢波處理后，啟動單片機(jī)中斷程序，測得時間為 t，再由軟件進(jìn)行判別、計算，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、溫度補償電路、超聲波發(fā)射電路和接收電路等組成。當(dāng)?shù)谝粋€超聲波脈沖發(fā)射后， 計數(shù)器開始計數(shù)， 在檢測到第一個回波脈沖的瞬間，計數(shù)器停止計數(shù)， 利用溫度檢測電路實時地測量環(huán)境溫度 T，再根據(jù)公式計算超聲波的速度 c，從而計算出距離，將數(shù)據(jù)送到 LCD 顯示。其中單片機(jī)是整個系統(tǒng)的核心部件，協(xié)調(diào)各部分的工作。