AT89S52单片机超声波测距仪设计+电路图+原理+流程图
本设计描述了基于单片机AT89S52的具有温度补偿效应的超声波测距仪。它采用压电式超声波传感器，向被测物间断的发射一系列超声波信号，然后接收反射过来的回波，用单片机的外中断来检测回波。超声波在测距仪和被测物之间的传播时间可以由单片机精确测得。测距仪通过温度传感器DS18B20测量环境温度对超声波传播速度进行修正，单片机就可以精确的计算出测距仪与被测物之间的距离，并将其在LCD上显示。目前基于超声波测距的精度需求和盲区减小的需求越来越大，本设计选用的探头是40KHz的超声传感器，并选取双探头的工作方式，辣/文^论'文.网http://www.751com.cn 减小盲区，同时提高检测的距离，在符合本次设计要求的前提下，增加了温度补偿电路的设计，更进一步的提高了系统的测量精度和稳定性。软件采用汇编语言编程的方法，实现了测量结果的温度补偿和显示。该测距仪比其它单片机控制的超声波测距仪具有更高的性价比，可广泛应用于各种需要测量距离或物位参数的场合。
第1章 绪论
1.1 背景和意义
一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876 年F1Galton 的气哨实验。近些年来，随着超声波技术研究的不断深入，再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声波的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。而我国，关于超声的大规模研究始于1956年。迄今，在超声波的各个领域都开展了广泛的研究和应用，其中有些项目已接近或达到了国际水平。在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。中国测试技术研究所李茂山在《超声波测距原理及实践技术》中详细地阐述了超声波的测距原理，并给出了实现超声波测距的具体框图，并讨论了影响超声波测距精度的几种原因。1998年，曼内斯德马泰克(秦皇岛)有限公司推出了一种数字式超声波位移测量仪，李忠杰在《数字式超声波位移测量仪的研究》一文中介绍了这种数字式超声波位移测量仪的结构，工作原理和功能，其数据处理借助于单片机，给出了程序框图，对仪表的各部分硬件电路做了较详细的说明，并列出了部分仪表的实测数据，并分析了误差产生的原因。中国科学院上海声学实验室的王润田在《双频超声波测距》一文中提出了一种双频超声波测距的原理和方法。随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断发展和广泛应用，测距问题显得越来越重要，目前常用的测距方式主要有雷达测距、红外测距、激光测距和超声测距4种。超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。
超声波测距具有不受外界因素影响、对环境有一定的适应能力、 操作简单、 测量精度高、频率较高、沿直线传播、方向性好、绕射小、穿透力强、传播速度慢(约340m/s,与声速相同)等特点,因此超声波测距广泛应用于倒车雷达、建筑施工工地以及其他一些工业现场, 例如: 液位、井深、管道长度等场合。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪, 但是专用集成电路的成本很高, 并且没有显示, 操作使用很不方便，利用超声波测距,使用单片机系统,设计合理,计算处理也较方便,测量精度能达到各种场合使用的要求，它有着极其重要的研究价值和实用价值。
展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。勿庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。
1.2 设计任务
要求采用单片机作为控制模块，设计一款超声波测距仪。主要内容包括：超声波发射电路、超声波的接收与处理电路、单片机控制器的选择和设计、显示电路的设计、温度补偿电路的设计等。设计要进行温度补偿，显示方式要求为LCD显示。
1.3 总体方案设计
本设计的主要内容是利用超声波进行距离的测量及显示，根据设计的需要，选取单片机作为控制核心，在符合本次设计要求的前提下，增加了温度补偿电路的设计，更深一步的提高了系统的测量精度和稳定性。
在本设计中，单片机选择ATMEL公司的AT89S52单片机，AT89S52的引脚图见图1-1。AT89S52是一款低功耗，高性能的CMOS辣/文^论'文.网http://www.751com.cn 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
图 1-1 AT89S52引脚图
发射电路通常有调谐式和非调谐式两种。在调谐式电路中有调谐线圈，调谐频率由调谐电路的电感、电容决定，发射出的超声脉冲频带较窄；在非调谐式电路中没有调谐元件，发射出的超声频率主要由压电晶片的固有参数决定，频带较宽。为了将一定频率、幅度的交流电压加到发射传感器的两端，使其发生共振并产生超声波，频率的选择应该与发射传感器的固有频率相等，这样才能使其工作在谐振频率，达到最优的效果。在本设计中，超声波传感器选用频率为40KHz的T/R40-16，因此，综合考虑，发射电路采用555定时器组成的振荡电路来产生超声波，利用555定时器产生精确定时和精确的振荡频率，在满足了超声波传感器所需振荡频率的同时，进而减小由发射电路所带来的测量误差。
由于经超声波接收探头变换后的正弦波电信号非常弱，而且受共模干扰严重，因此必须消除共模干扰并放大信号。本次设计采用仪表放大器AD623来实现这一功能，为了使输出的信号更加的接近40KHz，需要使用带通滤波器进行滤波。滤波后的信号始终为模拟信号，而单片机只能识别数字信号，因此本设计需要采用音频解码器对40KHz的信号进行检波并转换为数字信号，锁相环一旦检测到40KHz的信号，其输出脚便输出低电平，在单片机INT1引脚端产生中断用于计时。
为了达到更好的测量效果，采用双探头工作方式，单独采用发射器和接收器，一个用作超声波发射探头，一个用作超声波接收探头，但是二者型号要统一，主要是频率要一致，否则因无法产生共振而影响接收效果、甚至无法接收。1621
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