基于STC89C51单片机的超声波测距系统设计与实现.pdf

石油仪器 2010年第24卷第5期 PETROLEUMINSTRUMEN7rS ·开发设计· 郭 蓉1廖娜2郭丽1 (1．东方地球物理公司装备制造事业部西安物探装备分公司陕西西安)(2．西安外事学院工学院陕西西安) 摘 要：文章介绍了一种基于STC89C51单片机的超声波测距系统，阐述了超声测距系统的构成、工作原理，给出了硬 件电路框图和软件编程的设计方法。该系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。 关键词：超声波；单片机；测距系统 中图法分类号：TB559文献标识码：B 文章编号：1004-9134(2010)05—0013．02 声波的发射器发射超声波，超声波接收器接收回波。 0引言 测出从超声波发射脉冲串时刻到接收回波时的时间 超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方 差，超声波在同温同介质中的传播速度由测温系统得 法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外 知，将声速与时刻差相乘，得出距离并显示。其系统框 界光及电磁场等因素影响的优点，在恶劣环境中也具 图如图1所示。 有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业 控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。 目前超声波测距的需求越来越大，如油库和水箱 液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机 械内部损伤的检测等。此外，超声波测距在石油化工、 材料科学、医学、生物科学等领域中也占据了重要地 位…1。本文结合超声波精确测距的需要，以STC89C51 图1超声波测距系统框图 单片机为核心，设计了低成本、测距精确的小型化超声 波测距系统，并给出了硬件电路和软件设计方法。 2超声波测距系统硬件设计 超声波测距原理与系统设计 2．1硬件设计思想 1．1超声波测距原理 单片机系统[3]为核心，制作超声波测距电路。它的各 本设计采用超声波往返时间检测法[2]2，其原理为： 部分电路的说明如下： 检测从超声波发射器发出的超声波(假设传播介质为 气体)经气体介质的传播到接收器的时间即往返时间， 要任务： 往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的 距离。而所测距离是声波传输距离的一半，即 ①控制一个40kHz的脉冲驱动振荡电路，启动振 荡电路工作，振荡电路振荡出与超声波发射器的固有 己=吉仍 (1) 频率相同的频率，使换能器能最大效率工作； 在式(1)中，￡为待测距离，口为超声波的声速，t ②延时程序延时一个40kHz的脉冲； 为往返时间。已知声速移=344m／s(20℃时)。 ③本系统用单片机的定时器O(TO)测时间，定时 1．2超声波测距思想设计 器O工作于方式2，自动装载，实现串口通讯，波特率 超声波测距是根据回波测距的原理设计的，由超 400 为2 bit／s，晶振频率为12MHz； 第一作者简介：郭蓉，女，1968年生．工程师，1993年毕业于西安交通大学工业自动化专业。目前在东方地球物理公司装备事业部西安物探装备 分公司从事地震仪器生产测试、维修和技术支持工作。邮编：710057 万方数据 石油仪器 ·14·