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[摘要]本文利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT89C51 单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确測量两点间距
% V" K6 u1 w! C% A! o离的超声波测距仪。该测距仪主要由超卢波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境溫度检测电路及显示电路构成。
& k4 \0 B1 r7 B+ C& M' y2 U9 J8 n利用所设计出的超声波测距仪，对不同距离进行了测试，并进行了详尽的误差分析。
- E# k. R' B- x% Y% V; \- z/ r' g1 E; b" d$ S7 N3 n
[关键词]超声波测距单片机温度传感器 1 e* p, r- ^' O+ _
% w# o: J' W7 o9 ^! c) N随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。
' z4 b, b. P+ b7 m) ]- M! C7 k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9 B5 E/ |- T1 n5 G' _
被人们所重视。本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测
8 v: F% }0 G6 `' S8 ^: V试，并可以进行详尽的误差分析。 q# l4 K, p% i* x( Y+ f6 {
一，设计原理& G+ }! i5 F- ~* X
超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测/ Y, C9 H6 U/ d3 n/ ^4 D
量的。超声波发射器向某一-方向发射超声波.在发射同时开始计
4 V m) I* N: S, ~' B# E时，超声波在空气中传播.途中碰到障碍物就立即返回来,超声3 E1 ]+ l5 q- e6 g7 L. \. N7 h
波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波' c' j. ]# ~6 v" ?) I: R. H. _' o3 g
发射后遇到障碍物所反射的回波.从而测出发射超声波和接收到6 \9 y: N% _7 t4 I$ Y
回波的时间差T.然后求出距离L,基本的测距公式为: L=(△t/2 s7 M4 s' S+ A6 e {
2)*C
0 P/ ] y: T# C* Z3 V8 Q7 I式中L一要测的距离% f3 L7 O/ L* w3 k! R$ c
T一发射波和反射波之间的时间间隔
0 f+ N% H c+ p- `# Y/ ?C一超声波在空气中的声速， 常温下取为340m/s
5 m: A/ O/ a d9 T声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。. }9 E" G- V6 u( D6 T/ ^
二.超声波测距仪设计目标* D" y# E, n0 w6 W$ V$ N
测量距离:5米的范围之内:通过LED能够正确显示出两点间4 \/ p, z( l0 q, A4 {5 B7 G& p
的距离:误差小于5%。
0 x4 f4 t5 _0 p: L6 w三，数据测量和分析$ y0 S) ^# \6 n( B
1.数据测量与分析9 T+ r, [+ l; }/ f0 {
由于实际测量工作的局限性.最后在测量中选取了一米以下# t2 \$ r- i1 P9 X( U! p. A' Z. H
的30cm.50cm. 70cm. 80cm. 90cm. 100cm 六个距离进行测量.# O5 P! z4 e# h
每个距离连续测量七次、得出测量数据(温度:29'C ),如表所示。/ P) G+ i6 T2 e) {5 c' X9 g$ c
从表中的数据可以看出，测量值一般都比实际值要大几厘米.但1 C4 |$ w! `. ]) C. J
对于连续测量的准确性还是比较高的。
. T0 f: k. T) V5 M' h5 w' b3 d0 T对所测的每组数据去掉一个最大值和最小值.再求其平均值,
V4 N. {* o$ K: `/ [* v( M用来作为最终的测量数据.最后进行比较分析。这样处理数据也$ N: u9 d6 G& E6 \3 }( S" A1 M: a
具有一定的科学性和合理性。从表中的数据来看.虽然对超声波. i0 X0 \1 d, X: A$ s$ E. C3 u* ]
进行了温度补偿,但在比较近的距离的测量中其相对误差也比较0 ^7 T! _/ V2 P9 Y Z9 O3 o( l
大。特别是对30cm和50cm的距离测量上.相对误差分别达到了, k7 K9 u( C q$ n4 \
5%和4.8%:但从全部测量结果看.本设计的绝对误差都比较
@" D& [! h! [小,也比较稳定。本设计盲区在22.6cm左右,基本满足设计要求。
8 `. ]7 k6 r% s0 K5 n0 P2.误差分析
' Q; t' g a/ e6 h测距误差主要来源于以下几个方面:( [7 {; r4 `+ z- U' H& L& ]2 C
(1)超声波发射与接收探头与被测点存在一定的角度. 这个角
+ \ g- m- R4 y4 S$ M9 B度直接影响到测量距离的精确值; (2)超声波回波声强与待测距离
: o% ~, g" s( b7 a( H7 H的远近有直接关系，所以实际测量时.不一-定是第-个回波的过4 B k" e& E# Q/ V
零点触发: (3)由于工具简陋.实际测量距离也有误差。影响测量
& s+ ^) e7 k4 [& B9 J误差的因素很多,还包括现场环境干扰、时基脉冲频率等等:2 g$ I4 F, r/ Z7 v0 r4 E" _
四，应用分析( d5 b8 A- d1 i2 z" R. m" _
采用超声波测量大气中的地面距离.是近代电子技术发展才
) s4 F1 x% ~- z7 c获得正式应用的技术，由于超声测距是一种非接触检测技术,不
# M) Y, ^9 m2 H受光线、被测对象颜色等的影响,在较恶劣的环境(如含粉尘)具; J% y! `/ O5 a e5 T
有一定的适应能力。因此,用途极度广泛。例如:测绘地形图.建8 ~2 N6 M7 \% l- T8 r7 Q
造房屋、桥梁.道路、开挖矿山、油井等，利用超声波测量地面( }4 Z7 J2 C2 v. Z
距离的方法，是利用光电技术实现的.超声测距仪的优点是:仪% @6 x1 n6 n* b0 V J# c
器造价比光波测距仪低，省力.操作方便。) x4 J, o; G3 |0 |' G
超声测距仪在先进的机器人技术，上也有应用，把超声波源安* ~4 k4 I+ W+ Y
装在机器人身上,由它不断向周围发射超声波并且同时接收由障4 o% p( ^) e" v8 g( J
碍物反射回波来确定机器人的自身位置.用它作为传感器控制机7 b2 s2 f; \' g) I" Z/ ]: o% x
器人的电脑等等。由于超声波易于定向发射,方向性好，强度好
! b& _' P9 p8 i7 v, t3 A控制，它的应用价值己被普遍重视。* U# T. v v/ d. z* j
总之,由以上分析可看出利用超声波测距,在许多方面有很
# q/ A" q S# V0 w* J多优势。因此.本课题的研究是非常有实用和商业价值。3 P- {6 F4 K3 Z2 b% m- U- N
五，结论4 Y6 I4 v* n1 `" B% c: `+ b) d; y
本设计的测量距离符合市场要求,测量的盲区也控制在23cm
% L6 K$ L/ N t! w以内。针对市场需求，本设计还可以加大发射功率.让测量的距, f2 U2 Q8 p) C# G* P5 _1 S
离更加的远。在显示方面，也可以对程序做适当改动.使开始发) \! U4 h5 h7 [* r2 W
射超声波时LED显示出温度值.到超声波回波接收到以后通过计
/ v" R" T7 e5 \6 o算得出距离值时，LED自动切换显示距离值，这样在视觉效果. 上; C7 g0 t1 L5 Q0 i) h/ x
得到更加直观的了解。" c" o# {8 `+ ?! r
: ]* M1 @3 D6 a! H7 C: n% R
$ ]! v- g3 ^$ t9 e' x- V/ @附件下载：3 `$ O. x; o. P F
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发表于 2020-1-20 17:16
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