51單片機設計的超聲波測距器

　　3.超聲波檢測接受電路

　　參考紅外轉化接收期刊的電路采用集成電路CX20106A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距超聲波頻率40KHz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。實驗證明其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當改變C4的大小，可改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。

超聲波接收電路圖

　　五、系統程序設計

　　超聲波測距軟件設計主要由主程序，超聲波發射子程序，超聲波接受中斷程序及顯示子程序組成。下面對超聲波測距器的算法，主程序，超聲波發射子程序和超聲波接受中斷程序逐一介紹。

　　1．超聲波測距器的算法設計

　　下圖示意了超聲波測距的原理，即超聲波發生器T在某一時刻發出的一個超聲波信號，當超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接受。這樣只要計算出發生信號到接受返回信號所用的時間，就可算出超聲波發生器與反射物體的距離。

　　距離計算公式：d=s/2=(c*t)/2

　 *d為被測物與測距器的距離 ，s為聲波的來回路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時間

聲速c與溫度有關，如溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返時間，即可求得距離。在系統加入溫度傳感器來監測環境溫度，可進行溫度被償。這里可以用DS18B20測量環境溫度，根據不同的環境溫度確定一聲速提高測距的穩定性。為了增強系統的可靠性，應在軟硬件上采用抗干擾措施。

　　 不同溫度下的超聲波聲速表

　　
2．主程序

　　主程序首先對系統環境初始化，設置定時器T0工作模式為16位的定時計數器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P2清0。然后調用超聲波發生子程序送出一個超聲波脈沖，為避免超聲波從發射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發，需延遲0.1ms(這也就是測距器會有一個最小可測距離的原因)后，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用12MHz的晶振，機器周期為1us,當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器T0中的數（即超聲波來回所用的時間）按下式計算即可測得被測物體與測距儀之間的距離,設計時取20℃時的聲速為344 m/s則有：

　 d=(C*T0)/2 =172T0/10000cm（其中T0為計數器T0的計數值）

　　測出距離后結果將以十進制BCD碼方式LED,然后再發超聲波脈沖重復測量過程。主程序框圖如下

　
3. 超聲波發生子程序和超聲波接收中斷程序

　　超聲波發生子程序的作用是通過P1.0端口發送2個左右的超聲波信號頻率約40KHz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時把計數器T0打開進行計時。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（INT0引腳出現低電平)，立即進入中斷程序。進入該中斷后就立即關閉計時器T0停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷0關閉，并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。

六、軟硬件調試及性能

　 超聲波測距儀的制作和調試，其中超聲波發射和接收采用Φ15的超聲波換能器TCT40-10F1（T發射）和TCT40-10S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據測量范圍要求不同，可適當調整與接收換能器并接的濾波電容C4的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。

　　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。根據實際情況可以修改超聲波發生子程序每次發送的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。根據所設計的電路參數和程序，測距儀能測的范圍為0.07～5.5m，測距儀最大誤差不超過1cm。系統調試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優化系統使其達到實際使用的測量要求。

　　后續工作需實驗后才能驗證

　　根據參考電路和集成的電路器件測距范圍有限10m以內為好。