基于AT89S51單片機(jī)超聲波測(cè)距儀

何庭杰

摘 要：本文介紹了以AT89S51作為控制核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，由單片機(jī)記錄時(shí)間，計(jì)算超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間，乘以聲波在空氣中傳播的速度，得到距離，并根據(jù)障礙物遠(yuǎn)近發(fā)出報(bào)警聲。該超聲波測(cè)距儀，可以應(yīng)用于汽車倒車、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，也可用于井深、液位、管道長度的測(cè)量等場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：AT89S51；測(cè)距；超聲波

1、引言

超聲波指向性強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)[1]，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。該測(cè)距儀將單片機(jī)技術(shù)與超聲波技術(shù)相結(jié)合，可檢測(cè)與障礙物之間的距離，距離值通過液晶顯示器顯示，根據(jù)距離遠(yuǎn)近發(fā)出報(bào)警聲。

2、超聲波測(cè)距原理

超聲測(cè)距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種[2]，本文中利用超聲的反射特性。超聲波測(cè)距原理是通過超聲波發(fā)射傳感器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物立即返回，超聲波接收器收到反射回來的超聲波立即停止計(jì)時(shí)，從而測(cè)出發(fā)射超聲波和接收到回波的時(shí)間差t。常溫下超聲波在空氣中的傳播速度為 C=340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出超聲波發(fā)射器到距障礙物的距離（L），即：L=C*t/2。超聲波測(cè)距示意圖如圖1所示：

3、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)由at89s51單片機(jī)P1.0口送出持續(xù)10us以上的高電平至超聲波模塊US-100的TX端，超聲波發(fā)射頭便可發(fā)出8個(gè)40KHz的超聲波脈沖，在發(fā)射的同時(shí)，定時(shí)器T0開始計(jì)時(shí)。超聲波在遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)射回來，稱為回波，US-100模塊的超聲波接收頭檢測(cè)到回波信號(hào)后，自動(dòng)進(jìn)行溫度值得信號(hào)，并根據(jù)當(dāng)前溫度進(jìn)行測(cè)距結(jié)果校正，把模塊的RX引腳電平置為高位，單片機(jī)作為CPU通過端口P1.1檢測(cè)超聲波模塊RX端口的電平狀態(tài)來判斷回波信號(hào)是否被收到，如若發(fā)出的超聲波遇到障礙物后返回停止定時(shí)器T0計(jì)時(shí)，讀出T0計(jì)時(shí)時(shí)間t，利用公式L=C*t/2算出距離。單片機(jī)把所測(cè)距離送入液晶顯示并根據(jù)距離驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，本文設(shè)計(jì)的報(bào)警距離為0.5米。系統(tǒng)框圖如圖2所示：

4、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件由主程序、超聲波發(fā)射程序、接收中斷子程序、顯示程序、報(bào)警程序組成。單片機(jī)P1.0端口輸出持續(xù)20us的高電平至發(fā)射模塊，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T0，T0采用模式1，16位加法計(jì)數(shù)器，初始值設(shè)置為0x18fc，每次溢出定時(shí)1ms，并用變量count計(jì)數(shù)計(jì)算溢出次數(shù)。當(dāng)超聲波模塊US-100接收頭接收到回波信號(hào)后，關(guān)閉定時(shí)器T0，TR0=0，讀出定時(shí)時(shí)間t，計(jì)算出距離并送液晶顯示，如果距離小于50厘米，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)生報(bào)警。

5、結(jié)束語

實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定設(shè)計(jì)要求，能在不同的環(huán)境溫度條件下準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)距離，設(shè)計(jì)方案與系統(tǒng)設(shè)計(jì)是正確的，可行的。但由于超聲波的發(fā)射功率有限，在最大測(cè)量范圍指標(biāo)上尚未達(dá)到要求，需要加大發(fā)射功率來解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃繼昌：傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例，人民郵電出版社，1998，P5

[2] 陳 瑩：基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)[C]，華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文[D]，2004.4，P13

（作者單位：自貢市職業(yè)培訓(xùn)學(xué)院）