非接觸測距系統

非接觸測距系統

非接觸測距系統
 

摘要:非接觸測距系統在現今已被應用在現實生活的各個領域。它與傳統的接觸測距相比精確度更高、操作更方便，安全系數更高。目前非接觸測距系統主要是利用超聲波傳感器來測距的。超聲波測距是1種利用聲波特性和電子計數相結合來實現非接觸式距離測量的方法。
本文主要介紹以ＡＴ89Ｃ52單片機為核心的超聲波測距系統。系統主要由超聲波發射電路、超聲波接收檢測電路和顯示電路組成。該系統測量精度高，并能夠清晰地顯示測量結果，可應用于汽車倒車雷達、建筑施工工地以及1些工業現場的位置監控，也可用于如液位、井深、管道長度的測量等場合。
文章介紹了超聲波的特性及其測距原理、芯片的選型、硬件電路原理及軟件設計。
關鍵詞:單片機；超聲波；測距
Non-contact ranging system
 
Abstract: The non-contact ranging system has been applied each domain in the nowadays. It compares the precision with the traditional contact measuring to be higher. The operation is more convenient, and it is more safely. in the nowadays non-contact measuring system mainly is comes the ranging using the ultrasonic sensor. The ultrasonic ranging is one kind of using the Ultrasonic characteristic and the electronic counting realizes the non-contact distance measurement.
The system takes AT89C52 monolithic as a core. The system is mainly composed by the ultrasonic transmission circuit, the ultrasonic reception examination circuit and the display circuit. Because the system measuring accuracy is high and can clearly demonstrate the measurement result, so it may apply in the automobile back-draft radar, the building construction work site ,some industry scene position monitoring as well as available liquid position, well depth, pipeline length situations and so on .
The article introduces the characteristic of ultrasonic, the ranging principle, the COMS chip shaping, the hardware circuitry and the software design.
Key words: Monolithic Processors; Ultrasonic; Distance measurement
目    錄
中文摘要………………………………………………………………………………………………………1
1  緒論………………………………………………………………………………………………………1
1.1非接觸測距的概述………………………………………………………………………………1
1.2 設計任務及要求……………………………………………………………………………………1
2　超聲波測距原理……………………………………………………………………………………2
2.1超聲波的簡單介紹………………………………………………………………………………2
2.2超聲波測距原理…………………………………………………………………………………2
３　硬件電路的設計…………………………………………………………………………………………3
3.1芯片選型……………………………………………………………………………………………3
　3.1.1　主芯片（AT89C52）………………………………………………………………………3
　3.1.２  超聲波發射接收電路芯片（CX20106A）…………………………………………………4
　3.1.3  V/F轉換芯片（LM331）……………………………………………………………………4
3.2　超聲波測距系統框架圖…………………………………………………………………………5
3.3　系統硬件電路的設計……………………………………………………………………………5
　3.3.1　單片機系統顯示電路……………………………………………………………………5
　3.3.2  超聲波發射電路……………………………………………………………………………6
　3.3.3　超聲波檢測接收電路………………………………………………………………………7
　3.3.4  溫度采集及V/F轉換電路…………………………………………………………………7
４　軟件設計及調試…………………………………………………………………………………………8
4.1　編譯環境………………………………………………………………………………………8
4.2　系統程序的設計…………………………………………………………………………………8
4.2.1　超聲波測距器的算法設計………………………………………………………………8
4.2.2　超聲波測距器系統軟件主程序…………………………………………………………9
4.2.3　超聲波發生子程序和超聲波接收中斷程序…………………………………………19
４.3　超聲波測距器調試及性能分析……………………………………………………………10
  4.3.１　調試……………………………………………………………………………………10
  4.3.2　性能分析………………………………………………………………………………11
5　系統誤差因素分析………………………………………………………………………………………11
5．1  回波檢測對時間測量的影響……………………………………………………………………11
5．2  超聲傳感器所加脈沖電壓對測量范圍和精度的影響…………………………………………11
5．3  溫度對超聲波速度的影響………………………………………………………………………11
總結…………………………………………………………………………………………………………12
參考文獻…………………………………………………………………………………………………13
英文摘要…………………………………………………………………………………………………13
致謝詞………………………………………………………………………………………………………13
附錄…………………………………………………………………………………………………………14

1 緒論
１．1　非接觸測距的概述
非接觸測距是相對于傳統的接觸測距而言的，主要是指利用超聲波特性和電子計數相結合來進行測量。與傳統的接觸測距相比，非接觸測距有以下優勢：
a、 測量深度、長度時，便于操作。
b、 測量深度、長度時，其精確度高，不會因視覺差等主觀因素影響其精度。
c、 非接觸測量往往只需要少數的人就可以完成，節約了人力物力。
d、 在1些惡劣的環境下非接觸測距比接觸測距更加安全。
目前非接觸測距主要有激光測距，雷達測距，和超聲波測距等。而由于超聲波測距器制作成本低被廣泛應用于現實生活中。超聲波測距是1種利用聲波特性和電子計數相結合來實現非接觸式距離測量的方法。它被廣泛應用于非接觸式測距系統中還因為超聲波測距器具有不受光線、電磁波、粉塵等的干擾, 對惡劣的工作環境具有1定的適應能力，其精度達到工程測距精度的要求等優點。
隨著科技的發展，快速、精確的距離測量對人們有著重大的意義。如今非接觸測距已經被廣泛應用于現實生活中的各個領域，如：測量液位井深、管道長度、車輛自動導航、物體識別等。
超聲波測距器雖然早已經廣泛地被使用,但還存在著發射超聲波的探頭直接對接收超聲波的探頭的影響、超聲波的傳播速度隨著溫度的變化,以及其它干擾信號對測量的影響等問題。這幾個問題1直是設計人員所關心的問題,它們影響著超聲波傳感器的性能及其測量精度。本文的非接觸測距系統主要是由超聲波發生器、超聲波接收檢測器、顯示器等組成，它可以快速、精確的測量出被測距離，并由顯示器顯示出來。
1.2 設計任務及要求
設計任務：先確定非接觸測距的原理，根據實際情況選取各部分電路的芯片型號。決定采用AT89C52或其兼容系列單片機作為主控制器，用動態掃描法實現LED數字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器完成。單片機用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40KHz方波信號，利用外中斷0口監測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用動態顯示掃描接口電路，采用4個數碼管顯示，把4個數碼管的筆畫段a～g同名端連在1起，而每個數碼管的公共極各自受單片機I/O線控制，數碼管的段碼用74LS244驅動，另外還要加上拉電阻以提高電壓，位碼采用PNP3極管8550驅動。發射電路主要由反向器74LS04和超聲波發射換能器T構成，單片機P1.0端口輸出的40KHz方波信號1

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