淺談AT89C52單片機在超聲波測距儀當中的應用

長安大學 李 星

淺談AT89C52單片機在超聲波測距儀當中的應用

長安大學 李 星

目前國內一般使用專用集成電路設計超聲波測距儀，但是專用集成電路的成本很高，并且沒有顯示，操作使用很不方便。所以一般運用于專業領域,民用產品中運用較少。AT89S52單片機由于其性能的特殊性及成本較低，若將其運用于在超聲波測距系統當中就能夠在降低成本的同時實現對中近距離障礙物進行實時測量的測距裝置，它能對障礙物進行適時、適量的測量，起到智能操作，實時監控的作用。

AT89C52 超聲波 測距

一、緒論

隨著計算機技術和傳感器技術的迅猛發展，計算機和傳感器的價格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術改造農業不僅是可能的而且是必要的。將高新技術應用與汽車產業，實施實時監測已成為我國汽車工業以及交通部門的一項重要任務，是減少我國交通事故發生的重要措施之一。一種能對中近距離障礙物進行實時測量的測距裝置，它能對障礙物進行適時、適量的測量，起到智能操作，實時監控的作用的設計迫在眉睫。

二、超聲波測距儀概要

超聲波測距儀是利用超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2。超聲波測距主要應用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業現場，例如：液位、井深、管道長度等場合。目前國內一般使用專用集成電路設計超聲波測距儀，但是專用集成電路的成本很高，并且沒有顯示，操作使用很不方便。超聲波指向性強,穿透能力強,能量消耗緩慢,在介質中傳播的距離較遠,因而超聲波經常用于距離的測量。如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。但由于超聲波傳感器的成本較高,所以一般運用于專業領域,民用產品中運用較少。考慮到一般情況下對測距的要求較低,可在一定程度上犧牲其精確度和測距范圍,從而降低成本,使其運用范圍大大擴展。

三、超聲檢測技術國內外的發展

1993測量技術革命。徠卡測量系統在法國Batimat展出世界第一臺手持式激光測距儀，并被授予Batimat創新獎。徠卡第一代迪士通結實耐用、可靠精密的特性引起了人們的關注。后來相繼推出了二、三、四、五代產品。徠卡測量系統推向市場的第五代迪士通產品中，新增了兩款獨特的型號，徠卡迪士通l ite5和classci5。一鍵按發使測量變得前所未及的簡單便捷，在0.2m到200m之間，單次測量時間用不到1秒！用lite5，每項工作如測距、計算面積或體積都能用已明確定義的按鍵輕易實現。classic5則以輕觸式的鍵盤和為方便長距離測量而內置的望遠鏡給人留下深刻印象。

我國超聲檢測技術是從無到有，從低級階段逐漸發展到應用普及的現階段水平。直到1978年10月，中國建筑科學院研制出JC-2型便攜式超聲波檢測儀。該儀器采用TTL線路，數碼顯示，儀器重量為5Kg。同期研制出的超聲檢測儀器還有SC-2型，CTS-25型，SYC-2型超聲波檢測儀。從此，我國有了自己生產的超聲波儀器，為推廣應用無損檢測技術奠定了良好的基礎。隨著檢測技術研究的不斷深入，進一步要求以后生產的超聲儀能夠具有雙顯及內帶有單板機的微處理功能。隨后具有檢測，記錄，存儲，數據處理與分析等多項功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現一派繁榮景象。

四、AT89C52單片機

AT89C52ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機。片內含8KbyTES的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256byTES。的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統及8052產品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH由存儲單元，功能強大AT89C52單片適用于許多較為復雜控制應用場合。

其主要性能有：

與MCS-51系列單片機產品兼容、8K字節在系統可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態操作：0Hz～33MHz、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數器八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數據指針、掉電標識符。

五、測量與控制方法

聲波在其傳播介質中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標的距離就可以精確地計算出來。這就是本系統的測量原理。

超聲波測距儀可以實現雙向測距，所以需要進行測距選擇，而這個測距選擇就以自動選擇功能來實現。本文所論述的超聲波測距系統主要由聲波發射電路，回波接收電路和單片機控制電路及LCD顯示電路，靈活性強，可靠性高，計算簡單，易于做到實時控制，價格便宜等優點。

六、器件選型

1. 成芯片CX20106。集成芯片CX20106在接收部分電路中起了很大的作用。CX20106是一款應用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強、性能優越、外圍接口簡單、成本低等優點，由于紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz比較接近，而且CX20106內部設置的濾波器中心頻率f0五可由其5腳外接電阻調節，阻值越大中心頻率越低，范圍為30～60kHz。故本次設計用它來做接收電路。

2. 其余元件選擇。采用四位LED數碼顯示管。電阻、電容、導線若干。

七、結語

設計的最終結果是使此超聲波測距系統能夠產生超聲波，實現超聲波的發送與接收，從而實現利用超聲波方法測量物體間的距離。以數字的形式顯示測量距離。經實驗證明，這套系統軟硬件設計合理、抗干擾能力強、實時性良好，經過系統擴展和升級，可以有效地解決汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業現場的位置監控。

[1] 胡萍.超聲波測距儀的研制.計算機與現代化，2003.10

[2] 華兵.MCS-51單片機原理應用.武漢：武漢華中科技大學出版社，2002.5

[3] 李華.MCU-51系列單片機實用接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，1993.6

[4] 徐淑華，程退安，姚萬生.單片機微型機原理及應用.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1999.6.