[发明专利]一种超声波测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用STC单片机实现的超声波测距系统，属于测控技术领 域。

背景技术

随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。目前测量距离 可以采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光 测距、微波雷达测距和超声波测距三种。激光和雷达测距仪造价偏高，不利于 广泛的普及应用，在某些应用领域有其局限性。超声波测距由于其能进行非接 触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。展望未来，超声波测距仪作 为一种新型的非常有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更高 定位、更高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。

由于超声波具有指向性好、能量损耗低、传播距离较远、不易受外界环境 影响和对被测目标无损害等特点，利用超声波测量距离就可以解决传统测量方 法中遇到的问题。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到 实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此超声波测量距离 技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛的应用。

超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统 电路构建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所以基于单片机的超 声波测距系统被广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机 通过采样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境 温度进行测距补偿，其测量电路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。

超声波测距适用于高精度的中长距离测量，超声波在标准空气中的传播速 度为331.45m/s，由单片机计时，单片机使用12.0MHz晶振，所以此系统的测量 精度在理论上可以达到毫米级。本文设计的倒车雷达系统就是利用超声波的上 述特性做到对倒车距离实时和高精度的检测，同时，此系统成本低、设计简单、 精度和稳定性好，有望得到广泛的应用，从而减少交通事故的发生。

发明内容

超声波测距方法主要有三种：1)相位检测法：精度高，但检测范围有限； 2)声波幅值检测法：易受反射波的影响；3)渡越时间法：工作方式简单，直 观，在硬件控制和软件设计上都容易实现，其原理为：检测从发射传感器发射 的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后 求出距离1。设1为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有 1＝ct/2。综合以上分析，本设计将采用渡越时间法。由于超声波也是一种声波， 其声速c与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0.6米 /秒。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速c是基本不变的，计算时 取c为340m/s。如果测距精度要求很高，则可通过改变硬件电路增加温度补偿 电路的方法或者在硬件电路基本不变的情况下通过软件改进算法的方法来加以 校正。

在本系统中利用AT89S52中的定时器测量超声波传播时间，利用DS18B20 测量环境温度，从而提高测距精度。空气中声速与温度的关系可表示为：

c≈331.45T+273.16273.16≈331.4+0.6T(m/s)]]>

声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离：

1＝1/2(331.4+0.6T)t。(系统中应用该式进行温度补偿)

如果为了进一步提高测量精度，本设计中将根据需要利用软件方式增加角 度补偿的设计：s²＝l²-h²。(系统中应用该式进行角度补偿)

附图说明

图1是系统的硬件结构框图

图中：1-超声波接收电路；2-超声波发射电路；3-单片机；4-温度传 感器；5-报警电路。

具体实施方式