智能超声波测距系统的设计Word下载.docx
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吴慎山1'
聂惠娟1'
吴东芳2'
付会凯1.3
（1.河南师范大学物理与信息工程学院，河南新乡453007,2.国家纳米技术与工程研究院，
天津塘沽300457;
3.平原大学机电工程学院，河南新乡453003）
摘要：
超声波测距系统在不同应用场合，对测量的精度要求不同．通常使用的超声波测距系统一般误差较大，不能满足某些工业场合的测量要求，设计与研制的超声波测距仪，名虑了温度对超声波传播速度的影响，不仅增加了智能播报功能，具有更高的精度；
而且使用更方便，应用场合更广泛．
关键词：
单片机，超声波，测距
中图分类号：
TN806 文献标识码：
A
超声波因其指向性强，能呈消耗缓慢，在介质中传播距离远等特点，而经常用于进行各种测量．如利用超声波在水中的发射，可以测量水深、液位，利用超声波在固体中的传播，可以用作金属探伤、医用A超、B超等利用超声波猁距，使用单片机系统，设计合理，计算处理也较方便，测呈精度能达到各种场合使用的要求．
1超声波测距的基本原理
超声波发生器在某一时刻发出超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器接收，只要计算出超声波信号从发射到接收到回波信号的时间，知道超声波在介质中的传播速度，就可以计算出距被测物体的距离：
d=s/2=（vXt）/2,
（1）
其中d为被测物到测距仪之间的距离，s为超声波往返通过的路程，v为超声波在介质中的传播速度，t为超声波从发射到接收所用的时间．为了提高精度，需要考虑不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系：
11=331.4+0.61T,
式中：
T为实际温度CC）,v的单位为（m/s）.
2系统硬件设计
（2）
本系统硬件电路由单片机及其辅助电路、温度检测电路、超声波发射电路、超声波接收电路、语音播报
单元、显示电路构成如图1所示． 图1超声波测距仪的硬件组成
2.1单片机SPCE061A16bitCPU
本系统采用的单片机是由凌阳科技推出的一个16位高性能的微控制器SPCE061A.此单片机内置8路ADC,2路DAC.在集成开发环境中，设置有很多语音播放函数，用SPCE061A实现语音播放极为方便．处理速度较高，能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号，并且提供了多种精确时钟频率，便于精确定时．
收稿日期：
2006-02-28;
修回日期：
2006-08-10
基金项目：
河南省科技攻关项目（971120427）,2004年获新乡市科技进步奖
作者简介：
吴慎山（1949-）,男，河南孟州人，河南师范大学教授，研究方向：
通信，电路与系统．
第2期 吴慎山等：
智能超声波测距系统的设计 87
2.2超声波发射电路
为了研究和利用超声波，人们已经设计和制作了许多超声波发生器．总体上超声波发生器可以分为两大类：
一类是用电气方式的超声波发生器，一类是用机械方式的超声波发生器．电气方式的包括压电型、电动型、磁致伸缩型等；
机械方式有加儿统笛、液哨和气流旋笛等．
目前测笸较近距离常用压电式超声波发生器．本设计采用谐振频率为40kHz的压电式超声波换能器，它利用压电晶体的谐振来工作，当它的两极外加脉冲信号，其频率等千压电晶片的固有频率时，压电晶片就会发生共振，产生最大的机械振动，并带动共振板振动产生超声波．反之，如果两电极间未外加信号电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换成电信号，就成了超声波接收换能器了．
利用专用定时器芯片8254或555定时器等电路，可以产生超声波发生器所需的40kHz的方波信号[]'
本项目利用软件编程，凌阳单片机会产生40kHz的方波信号，输入到功率放大与驱动电路，经驱动电路推动超声探头产生超声波[2].
2.3超声波接收电路
超声波换能器接收到反射回来的超声波信号，由放大电路对其进行放大．放大器采用LM324四单元运算放大器，其中3个集成运放单元用作放大电路，1个集成运放单元用作电压比较电路．信号经放大后，由比较器将正弦波信号变为方波信号，供单片机使用，以查询回波的到来[3].
2.4温度检测电路
温度检测电路采用美国DALLAS半导体公司推出的单线数字温度传感器DS18B20测温．具有体积小，接口方便，传输距离远，电路连接简单等特点．测温范围为-55它~+125飞，测晟误差不超过土o.s·
c,反应时间:
:
;
500msr•J.DS18B20有3个管脚，如图2所示．其中Q）为接地端，＠为数据输入
与输出端，＠端接+sv电源电压．由于＠端属于漏级开路输出，外接上拉电阻，常态下呈高电平m.
2.5语音播报与显示单元
语音播报功能利用SPCE061A的语音播放系统，通过SPY0030功率放大器，驱动喇
叭，完成语音播放．显示单元采用5位LED作为显示部分，其中3位显示所测距离，2位显示环境温度．
3系统软件设计
图2DSISD20
软件控制系统是本系统的核心，这里采用模块化设计．根据系统功能主要分成五部分：
键盘扫描部分、超声波测距程序、数据保存与查询、动态
显示、语音播报．系统流程图如图3所示．
3.1超声波测距程序
超声波测距程序是本系统程序的核心．其中包括用数字温度传感器D518B20来侧温度．流程图如图4所示．在设计中，超声波换能器的40kHz信号是以14个脉冲序列进行发射，14个脉冲序列的时间为350s,在程序中用延时实现．
3.2动态显示部分
显示电路采用5位共阳LED数码管，码段用74LS244
驱动电路驱动，位码用PNP三极管8550驱动． 图3超卢波测距的系统流程
3.3语音播报
本项目还采用语音播报所测距离．采用凌阳 SACM_S480放音模式进行语音播报，其播放流程如图5
所示．
88 河南师范大学学投（自然科学版） 2007年
图4刹距程序流程图 图5语音播报系统流程
4结束语
利用凌阳单片机组成的智能超声波测距仪，具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制等特点，使系统的测量精度完全能够达到工业实用的要求，应用领域得以扩展，不仅可用于倒车雷达、物体位登测蜇、测井仪［“等普通场合，而且也可广泛用在移动机器人的研制上．本课题采用单片机脉冲计时以及高精度的温度传感器澜量，使得超声波测距达到较高的精度要求．该系统具有语音播报的功能，可以在许多场合下使用．在工业生产和科学研究的测距系统中具有广泛的应用前景．
参考文献
[1]蔡秀琴.8254在提高超声波测距系统精度中的应用[J].电子科技,2005（4）,53-55.
[2]李光飞，楼然苗，胡佳文，等．单片机课程设计实例指导[M],北京；
北京航空航天大学出版社，2004,86-91.
[3]沈红卫．基于单片机的智能系统的设计与实现[M].北京：
电子工业出版社，2005,305-344.
[4]吴慎山，王芳智能单片机频率计的原理与设计[J].河南师范大学学报（自然科学版），2004,32
（2）,43-45.
[5]沙占友，王彦朋等．单片机外围电路设计[M].北京电子工业出版杜，2004,3-5.
[6]管连俊，李威，智能超声波测距传感器在测井仪中的应用[J].煤矿机电，2005（3）,45-48.
TheDesignofIntelligentUltrasonicDistance-measuringSystem
WUShen-shan1,NIEHui-juan'
WUDong-fang2,FUHui-kai'
0.CollegeofPhysicsandInformationEngineering,HenaoNormalUniversity,Xinxiang453007,China,
2.ChinaNationalAcademyofNanotechnologyandEngineeri咄，Tanggu300457,China;
3.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,PingyuanUniversity,Xinxiang453003,China）
Abstract:
Indifferentoccasions,thedemandsoftheprecisiononultrasonicdistancemeasuringsystemaredifferent.U
sually,theerroroftheultrasonicdistancemeasuringsystemislarge,sotheycannotbesatisfiedwiththedemandsinsomeoc
casions.Thisarticletakestemperatureaccountintotheultrasonicdistancemeasuringsystemendmakesithavehigherprecisionthanbeforeandincreasesthefunctionofbroadcastingrheresult.Itcanapplyinmoreoccasionsandbefeltmoreconvenient.
Keywords:
microprocessor;
ultrasonicwave,distance-measuring
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