超声波测距仪设计及其应用分析

刘工在呢

* V3 s% G6 X3 ]2 J" H[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
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。
) }' M9 r) l" ^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。
( U; x2 U, M" l4 K" a, I  g
[关键词]超声波测距单片机温度传感器
( h$ X7 l8 F5 p7 ]
6 Z9 \% ]( A5 R/ c1 F+ i: {$ i( v! k5 }随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。
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。本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测
" R7 ?/ S% G' o& C$ c* s7 C: d! g1 B试，并可以进行详尽的误差分析。
. M/ A% S* U) m/ T一，设计原理
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
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
7 R& V# o5 d/ F$ v5 G; `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
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
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
7 j$ w! U% P, ]. A- G, d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)*C
/ Y5 K# r, i3 F7 d" g) L式中L一要测的距离
6 e, S  n/ S; h  O4 P* X! xT一发射波和反射波之间的时间间隔
C一超声波在空气中的声速， 常温下取为340m/s
声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。
二.超声波测距仪设计目标
* m% |8 i. b2 \测量距离:5米的范围之内:通过LED能够正确显示出两点间
$ M/ v0 D. V2 ?( G( Q的距离:误差小于5%。
三，数据测量和分析
& x% C3 `# }8 L" q3 j4 J7 @( ~) t1.数据测量与分析
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
6 D% t/ M2 L9 {* Y/ S) j的30cm.50cm. 70cm. 80cm. 90cm. 100cm 六个距离进行测量.
# V8 a5 {8 R+ S3 [每个距离连续测量七次、得出测量数据(温度:29'C ),如表所示。
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
: e! D/ ~! k) V+ c对于连续测量的准确性还是比较高的。
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,
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
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
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
大。特别是对30cm和50cm的距离测量上.相对误差分别达到了
$ s8 a7 u4 f7 P9 s! Q/ N5%和4.8%:但从全部测量结果看.本设计的绝对误差都比较
小,也比较稳定。本设计盲区在22.6cm左右,基本满足设计要求。
' Q! y0 V% T/ \. y' D2.误差分析
测距误差主要来源于以下几个方面:
(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
+ a# V" a# s; o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
3 M2 K3 d( @. e1 N3 d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
: q. A( D! B4 Z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
误差的因素很多,还包括现场环境干扰、时基脉冲频率等等:
四，应用分析
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
) U3 f  e$ |1 S5 i3 S" K  }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
- U) y2 ^8 X& i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
有一定的适应能力。因此,用途极度广泛。例如:测绘地形图.建
$ y# ?6 \* F% o  \+ r造房屋、桥梁.道路、开挖矿山、油井等，利用超声波测量地面
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
器造价比光波测距仪低，省力.操作方便。
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
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
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
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
; \. g- _9 G6 O- p" P/ r4 U: W$ A0 b控制，它的应用价值己被普遍重视。
总之,由以上分析可看出利用超声波测距,在许多方面有很
. G* n9 U" i# Y  U7 l+ A多优势。因此.本课题的研究是非常有实用和商业价值。
五，结论
+ I1 D% \; K1 b. o本设计的测量距离符合市场要求,测量的盲区也控制在23cm
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
9 T: B/ j& O8 c, Z% ]' u) K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
1 {' t1 y0 W! z9 a0 Q  }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
# d$ P. O9 U. w8 u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
6 @: Z6 i/ ], a; o: ~- l得到更加直观的了解。

5 R% `9 L1 S$ G7 k- T% `5 D' l1 d
附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

cscscwww

采用AT89C51 单片机进行控制及数据处理