基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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超聲波接收子程序利用外部中斷O檢測(cè)返回超聲波，一旦接收到返回超聲波信號(hào)(即INT0引腳出現(xiàn)低電平)，立即進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，關(guān)閉定時(shí)器TO停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志位賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則說(shuō)明障礙物過(guò)遠(yuǎn)，超出量程，將關(guān)閉外部中斷，并標(biāo)志此次測(cè)距不成功。
最大測(cè)試距離將取決于：兩次脈沖群發(fā)送之間的最小時(shí)間間隔和脈沖的能量。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)射端脈沖個(gè)數(shù)越多，能量越大，所能測(cè)量的距離也越遠(yuǎn)。但也不是無(wú)限制的，本方案是讀取定時(shí)器TO的計(jì)數(shù)值，最大能測(cè)試的距離是TO尚未溢出時(shí)檢測(cè)到超聲波回波信號(hào)，故在溫度20℃下，最大測(cè)試距離為。在一些周期性發(fā)射超聲波設(shè)備中，如果要測(cè)試的最大距離是10 m，則兩次脈沖群之間的最小時(shí)間為。
由于采用12 MHz的晶振，機(jī)器周期為1μs，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器TO中的數(shù)值按式(1)計(jì)算，即可測(cè)得被測(cè)物與測(cè)距儀之間的距離，取20℃時(shí)的聲速為344 m／s。則有：
其中，TO為計(jì)數(shù)器TO的計(jì)數(shù)值。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173154.htm
4 提高測(cè)量精度
4．1 溫度補(bǔ)償
由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，可認(rèn)為聲速基本不變。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?/p>
可知，超聲波在空氣中的傳播速度與溫度T(單位：攝氏度)有如下近似關(guān)系：
其中，C0為0℃時(shí)的聲波速度為331．45 m／s，T為實(shí)際溫度(℃)。在常溫下，溫度每變化1攝氏度，超聲波速度變化約為O．6 m／s，所以通過(guò)測(cè)溫電路測(cè)量出當(dāng)前溫度，就可以計(jì)算出超聲波在當(dāng)前溫度下的傳輸速度。
測(cè)溫電路采用的主要元器件是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，其具有精度高、智能化、體積小、線路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
4．2 角度補(bǔ)償
由于發(fā)射與反射之間存在一定的夾角2α，當(dāng)α很小時(shí)，可直接按式(1)計(jì)算距離；當(dāng)α較大時(shí)，則必須進(jìn)行距離修正，其修正公式為：
在式(4)中，夾角α與超聲波發(fā)射裝置和接收裝置的安裝位置有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)保持兩換能器中心軸線盡量平行并相距2 cm～4 cm，在近距離測(cè)量時(shí)更要考慮角度補(bǔ)償。若能夠?qū)⒊暯邮针娐菲帘纹饋?lái)，則可提高抗干擾性能。根據(jù)測(cè)量范圍可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。
5 結(jié)論
為防止在測(cè)量過(guò)程中測(cè)距儀的抖動(dòng)而引起的測(cè)量誤差，一般情況下應(yīng)測(cè)量幾次取其平均值。由于系統(tǒng)的分辨率為1μs，系統(tǒng)引起的固定誤差約為0．3mm，再加上本設(shè)計(jì)只考慮了溫度補(bǔ)償和角度補(bǔ)償?shù)挠绊懀鴽](méi)有考慮其他環(huán)境因素(如：氣壓、濕度……)的影響，所以在測(cè)量的時(shí)侯給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)了一定的誤差。
評(píng)論