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基于AT89S52的超声波测距系统设计

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摘要：介绍了一种基于AT89S52的超声波测距系统。该系统采用HC-SR04超声波模块，以DS18B20传感器测取环境温度，对声速进行温度补偿，提高了测量精度，通过LCD1602显示环境温度和测量结果。详细的论述了系统的组成原理和软件构成。系统由主控芯片，测温单元，超声波传感器模块和显示模块四部分构成，实现测距，测量精度可达0.3cm，测量范围在3cm到400cm。

关键词：单片机；温度补偿；超声波

中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)26-6512-02

DesignofUltrasonicRangeFindingSystemBasedonAT89S52

ANYu-lEi

(SchoolofInformation,ZhuhaiCampus,BeijingInstituteofTechnology,Zhuhai519085,China)

Abstract:IntroducedanultrasonicrangefindingsystembasedonMCUAT89S52.ThesystemadoptstheHC-SR04ultrasonicmodule,usingDS18B20measuringenvironmenttemperaturefortemperaturecompensation.TemperatureanddistancedisplaysonLCD1602.Discussedindetailoftheprincipleofthesystemcomposition.Thesystemcontainsfourparts,theAT89S52,temperaturemeasurementunit,ultrasonicsensormoduleanddisplaymodule.Themeasurementprecisioncanreach0.3cm,themeasurementrangefrom3cmto400cm.

Keywords:MCU;temperaturecompensation;ultrasonic

目前测量距离一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种[1-2]。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点，因而经常用于距离的测量。超声波测距主要应用于建筑施工工地以及一些工业现场和移动机器人的研制上，可在潮湿高温．多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。相比于其它定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短距离测量定位。AT89S52[3]单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用它的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。

本文介绍一种以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、LCD数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。实际使用证明该仪器工作稳定，性能良好。

1超声波测距的基本原理

本设计采用超声波渡越时间检测法。其原理为：检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即渡越时间。渡越时间与气体中的声速相乘，就是声波传输的距离。考虑实际情况，采用异地脉冲反射式来测距，即需测距离是声波传输距离的一半：测出发射和接收回波的时间差△t，然后求出距离。在速度v已知的情况下，距离的计算公式如公式1：

S=v·△t/2（1）

超声波属于声波范围，而声速与温度有密切的关系[4]，因此测量环境温度可以提高测量精度。声速和温度的关系为：

v=331.4+0.61T(m/s)（2）

其中T为环境温度。

2超声波测距系统的总体结构设计

2.1设计方案

超声波测距仪的设计要求如下：

1)测量范围小于等于5米；

2)测量误差小于0.3cm；

3)进行温度补偿；

4)以LCD显示，显示温度和距离；

根据以上要求，测距仪的设计方案如下，共四个模块。

①以AT89S52单片机为主控制器。该器件是INTEL公司生产的MCS-51系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术,具有较高性能的8位单片机。利用其定时器计数器0实现超声波往返时间的测量；

②采用LCD1602显示，首行显示温度，单位为摄氏度，末行显示距离，单位为厘米；