基于ATMEGA8的高精度超聲波測距儀設計

摘要 針對普通超聲波測距系統(tǒng)測量精度低的問題，介紹了一種由ATMEGA8單片機控制的實時超聲波測距系統(tǒng)，電路主要采用專用時間測量芯片TDC—GP21，并考慮了溫度補償，有效地保證了系統(tǒng)則量精度和低功耗特性。
關(guān)鍵詞 TDC-GP21；超聲波測量；時間測量；ATMEGA8

由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中的傳播距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離測量，如測距儀和物位測量儀等都可以用超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測較為迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。因而超聲波測距，多應用于汽車倒車雷達、機器人定位、建筑工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，如液位、井深的測量等場合。目前，石油石化行業(yè)對油庫和水箱液面的精確測量和控制的要求越來越高，基于以上需要，以ATMEGA8為控制核心，利用專用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片TDC—GP21為測量環(huán)節(jié)，設計了一種高精度的小型化超聲波測距系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設計方法。

1 超聲波測距基本原理
超聲波測量技術(shù)是基于蝙蝠等無目視能力的生物防御及捕捉獵物生存的原理，利用超聲波借助空氣媒質(zhì)傳播，通過遇到障礙物反射回來的時間間隔長短及被反射超聲波的強弱判斷障礙物性質(zhì)和位置的方法。本系統(tǒng)采用時間間隔檢測法，即測距時超聲波發(fā)射器有規(guī)律發(fā)射超聲波，遇到被檢測對象后反射回來，通過超聲波接收器接收到反射波信號，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，測出從發(fā)射超聲波至接收到反射波的時間差
(時間間隔t)。t與超聲波傳播速度c相乘可求出被測距離s，即

由于超聲波的聲速和溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，認為聲速基本不變。如果測距精度要求高，那么可以通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。不同溫度下超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化關(guān)系
c=331．4+0．61T (2)
式中，T為實際溫度；c的單位為m／s。

2 超聲波測距系統(tǒng)設計
根據(jù)超聲波的工作原理，結(jié)合現(xiàn)場的使用需要，設計了一種低功耗、高精度、加密數(shù)據(jù)存儲、便攜式讀寫功能的超聲波測距系統(tǒng)。超聲波測距系統(tǒng)框圖如圖1所示。