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结合温度补偿的超声波测距系统设计

发布时间:2020-07-21 17:34:21 阅读: 来源:铸造厂家

摘要:本设计实现了一种以AT89C2051单片机为核心的超声波测距系统,它具有低成本,高精度,微型化数字显示的特点。为提高测量精度,在测量时使用了DS18B20温度传感器对系统进行有效的温度补偿。经实验证明,本系统电路设计合理、工作稳定、检测速度快、测量简单、易于做到实时控制。关键词:超声波;换能器;测距;单片机;温度传感器0 引言 超声波是一种在弹性介质中的机械震荡,它是由与介质相接触的震荡源所引起的,其频率在20kHz以上。由于超声波的速度相对于光速要小得多,其传播时间就比较容易检测,并且易于定向发射,方向性好,强度好控制,因而利用超声波测距在很多距离探测应用中有很重要的用途,包括无损检测、过程测量、机器人测量和定位,以及流体液面高度测量等。利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现,并且测量精度高。1 系统设计 超声波测距的最远距离和分辨能力,不仅需要良好的换能器,也需要合理的驱动电路及回波探测电路。对发射而言,为了使电能到机械能的转换效益最大,换能器必须工作在它的共振频率处。对接收电路而言,为了使机械能到电能的转换效率最大,最佳工作点必须取在反共振频率处,在传感器系统中,发射部分的共振频率要与接收部分的反共振频率相匹配。同时,温度对声速有着较大的影响,温度补偿无疑是减少误差的很好方法。本设计选用T40-16T/R超声波传感器,设计了一种以AT89C2051单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。为了进一步提高系统测量精度和系统稳定性,在硬件上增加了温度传感器测温电路,采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正,降低了温度变化对测距精度的影响。有力提高了超声波测距系统的测量精度。 设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块、温度测量补偿模块等五个模块组成,组成框图如图1所示。

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超声波发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送,超声波接收电路输出端与单片机相连接,单片机的输出端与显示电路输入端相连接。单片机在TO时刻发射方波,同时启动定时器开始计时,当收到回波后,产生一负跳变到单片机中断口,单片机响应中断程序,定时器停止计数。计算时间差即可得到超声波在媒介中传播的时间t,由此便可计算出距离。2.1 超声波测距单片机控制系统 单片机AT89C2051采用12MHz高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率,减小测量误差。单片机P3.5端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号,P3.6端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阳LED数码管,段码输出端口为单片机的P1口,位码输出端口分别为单片机的P3.2、P3.1、P3.0口,数码管位驱运用PNP三极管S9012三极管驱动。而温度测量采用简单的DS18B20温度传感器,测量结果送入P3.4口,利用公式算出声速。

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