基于单片机的超声波测距系统设计

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摘要：利用超声波测量距离是一种有效的非接触式测距方法，本文介绍单片机控制的超声波测距系
统的原理，给出系统的硬件构成和软件控制流程，并在数据处理中采用了温度补偿修正。此
系统具有易控制、工作可靠，测量精度高的优点。
引言
超声波在工业生产、医疗技术、日常生活中的应用越来
越多。超声波在介质中传播时在不同界面上具有反射的特
, Q, @: {% k& e3 W9 I3 V性，由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离
较远等特点，所以常用于测量物体的距离、厚度、液位等。
: d5 z8 W* x4 X其传播速度与介质的密度和弹性特性有关，它在空气中的传
1 f1 A9 d* S3 `4 d) w' ?播速度为340m/s。超声波测距的方法有渡越时间法、频差
法、幅值法等，本文利用超声波特性、渡越时间法，以采用
AT89C51单片机作为核心控制器件，应用Polaroid 600系列
超声波传感器、Polaroid 6500系列超声波距离模块，实现超.
" a- ?% ^# S& O0 N1 f, `6 M9 N声波非接触式测距。由于超声波在空气中传播速度会随介质
温度的升高而增大，影响测量精度，给出了修正方案。该系
统可广泛应用于位移和距离测量。
1超声 波测距工作原理
超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传
播，到达测量目标或障碍物后反射回来，其所经历的时间与.
超声波传播的路程的远近有关，测试传输时间可以得出距
离，只要从测量点某--时间发射超声波，并测量该声波返回
的时间即可实现测距。
假如L (m)表示物体之间的距离，测得的时间为T .
(s)， 传播速度为V (m/s) 表示，则有以下关系式:
. t* Z* q+ K, V+ L- L1 }L= T.V/2 (m)
6 {0 \! q( ^, k3 c( L# Z但传播速度会随环境温度变化而变化。在空气中的传播
! w, g  {6 T. B, d- {4 J6 W% @速度，若以t (C)表示环境温度，则传播速度为
V=331.5+0.6t (m/s)
" D/ h9 a* ?4 A- H5 F* E; g气温为15C的音速为340.5m/s，25C的时候为
- g! Q9 X# A; ?+ M& Q& B& r346.5m/s，测试距离约有2%的误差。测量时按上式对超声
波传播速度加以修正，以减小误差。
5 J. _% O3 G) b: q1 H& E2系统构成
系统构成框图如下图1所示。该超声波测距系统由Sen-
sComp公司生产的Polaroid 600系列超声波传感器、Polaroid
6500系列超声波距离模块和AT89C51单片机构成。Polaroid
600超声波传感器是集发射和接收- - 体的传感器，发射频率
为49.4KHz,发射角度为30度。超声波传感器有一-定惯
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