基于P89LPC932超聲波測(cè)距儀

摘要：為了克服一些傳統(tǒng)距離測(cè)量方式在某些特殊場(chǎng)合無(wú)法測(cè)量的缺陷，設(shè)計(jì)以P89LPC932為核心，利用超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸式空氣測(cè)距的方法，充分考慮聲速與溫度的密切關(guān)系，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，進(jìn)一步獲得測(cè)距最遠(yuǎn)700 cm左右，精度最優(yōu)達(dá)到1％。該設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，安裝簡(jiǎn)單，體積小，功耗低，便于嵌入其他系統(tǒng)的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：P89LPC932；超聲波；測(cè)距儀；無(wú)接觸式空氣測(cè)距

0 引言
一些傳統(tǒng)的距離測(cè)量方式在某些特殊場(chǎng)合存在不可克服的缺陷。例如，液面測(cè)量就是一種距離測(cè)量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過(guò)給電或脈沖來(lái)檢測(cè)液面，電極長(zhǎng)時(shí)間浸泡于水中或其他液體中，極易被腐蝕、電解，失去靈敏性。利用超聲波測(cè)量距離可以解決這些問(wèn)題，因此超聲波測(cè)量距離技術(shù)在工業(yè)控制、勘探測(cè)量、機(jī)器人定位和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。所謂超聲波是指頻率高于20 kHz的機(jī)械波，具有強(qiáng)度大、方向性好等特點(diǎn)。其一般由壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生。
本文設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀用三種測(cè)距模式選擇跳線J1(短距、中距、可調(diào)距)。其整體方案為當(dāng)按下測(cè)量鍵，探頭就發(fā)送超聲波，當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)將產(chǎn)生回波信號(hào)；系統(tǒng)將探頭接收到的回波信號(hào)放大送入控制器；溫度測(cè)量電路測(cè)出溫度，通過(guò)計(jì)算得到所測(cè)距離，顯示在數(shù)碼顯示器上，后4位顯示距離，前2位顯示溫度。

1 超聲波測(cè)距儀基本原理
利用超聲波測(cè)量距離的原理如圖1示所示，簡(jiǎn)單描述為：定期發(fā)送的超聲波遭遇到障礙物時(shí)發(fā)生反射，反射波經(jīng)由接收器接收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這樣只要測(cè)出發(fā)送和接收的時(shí)間差△t，然后按照式(1)即可求出距離：

式中：C為超聲波在空氣中的傳播速度，0℃時(shí)C為331 m／s，25℃時(shí)C為347 m／s，其與環(huán)境溫度T(單位：℃)的關(guān)系如式(2)：

由此可見，聲速與溫度有密切關(guān)系。在應(yīng)用中，如果溫度變化不大，并且無(wú)特殊精度要求，可認(rèn)為聲速是基本不變的，否則，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償方法為每次先按照式(2)計(jì)算當(dāng)時(shí)聲速C，然后再按照式(1)計(jì)算距離。

另外，從圖1還可以看出，由于超聲波利用接收反射波來(lái)進(jìn)行距離的計(jì)算，因而不可避免地存在發(fā)射與反射之間的夾角，其大小為2a。當(dāng)a很小時(shí)，可直接按式(1)進(jìn)行計(jì)算得到距離；當(dāng)a較大時(shí)，則必須進(jìn)行距離修正，修正公式如式(3)：