基于51單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計
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最大測試距離將取決于：兩次脈沖群發(fā)送之間的最小時間間隔和脈沖的能量。一般來說，發(fā)射端脈沖個數(shù)越多，能量越大，所能測量的距離也越遠。但也不是無限制的，本方案是讀取定時器TO的計數(shù)值，最大能測試的距離是TO尚未溢出時檢測到超聲波回波信號，故在溫度20℃下，最大測試距離為。在一些周期性發(fā)射超聲波設(shè)備中，如果要測試的最大距離是10 m，則兩次脈沖群之間的最小時間為。
由于采用12 MHz的晶振，機器周期為1μs，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器TO中的數(shù)值按式(1)計算，即可測得被測物與測距儀之間的距離，取20℃時的聲速為344 m／s。則有：
其中，TO為計數(shù)器TO的計數(shù)值。
4 提高測量精度
4．1 溫度補償
由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，可認為聲速基本不變。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?P>
可知，超聲波在空氣中的傳播速度與溫度T(單位：攝氏度)有如下近似關(guān)系：
其中，C0為0℃時的聲波速度為331．45 m／s，T為實際溫度(℃)。在常溫下，溫度每變化1攝氏度，超聲波速度變化約為O．6 m／s，所以通過測溫電路測量出當(dāng)前溫度，就可以計算出超聲波在當(dāng)前溫度下的傳輸速度。
測溫電路采用的主要元器件是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，其具有精度高、智能化、體積小、線路簡單等特點。
4．2 角度補償
由于發(fā)射與反射之間存在一定的夾角2α，當(dāng)α很小時，可直接按式(1)計算距離；當(dāng)α較大時，則必須進行距離修正，其修正公式為：
在式(4)中，夾角α與超聲波發(fā)射裝置和接收裝置的安裝位置有關(guān)，在實際應(yīng)用中應(yīng)保持兩換能器中心軸線盡量平行并相距2 cm～4 cm，在近距離測量時更要考慮角度補償。若能夠?qū)⒊暯邮针娐菲帘纹饋恚瑒t可提高抗干擾性能。根據(jù)測量范圍可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。
5 結(jié)論
為防止在測量過程中測距儀的抖動而引起的測量誤差，一般情況下應(yīng)測量幾次取其平均值。由于系統(tǒng)的分辨率為1μs，系統(tǒng)引起的固定誤差約為0．3mm，再加上本設(shè)計只考慮了溫度補償和角度補償?shù)挠绊?，而沒有考慮其他環(huán)境因素(如：氣壓、濕度……)的影響，所以在測量的時侯給測量結(jié)果帶來了一定的誤差。
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