目前超聲波測距已得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)一般使用專用集成電路根據(jù)超聲波測距原理設(shè)計(jì)各種測距儀器，但是專用集成電路的成本較高、功能單一。而以單片機(jī)為核心的測距儀器可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置、多端口檢測、顯示、報(bào)警等多種功能，并且成本低、精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定可靠。本文簡要介紹了利用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲波測距的原理以及實(shí)現(xiàn)的方法。
1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)
5l系列單片機(jī)中典型芯片(女[1AT89C51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2個(gè)16b的定時(shí)/計(jì)數(shù)器TO和T1，4個(gè)8 b的工/O端I：IP0，P1，P2，P3，一個(gè)全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲器(E~PROM)，使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。
5l系列單片機(jī)提供以下功能：4 kB存儲器;256 BRAM;32條工/O線;2個(gè)16b定時(shí)/計(jì)數(shù)器;5個(gè)2級中斷源;1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。
空閑方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。
掉電方式：保存RAM的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。
5l系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測距系統(tǒng)。
2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測距原理
單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差tr，然后求出距離S=Ct/2，式中的C為超聲波波速。
限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計(jì)方法。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關(guān)，表1。列出了幾種不同溫度下的波速。
在測距時(shí)由于溫度變化，可通過溫度傳感器自動(dòng)探測環(huán)境溫度、確定計(jì)算距離時(shí)的波速C，較精確地得出該環(huán)境下超聲波經(jīng)過的路程，提高了測量精確度。波速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間r，即可求得距離5。
單片機(jī)(AT89C51)發(fā)出短暫的40kHz信號，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出;反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，得出時(shí)間t，再由系統(tǒng)軟件對其進(jìn)行計(jì)算、判別后，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至LED顯示電路進(jìn)行顯示，若測得的距離超出設(shè)定范圍系統(tǒng)將提示聲音報(bào)警電路報(bào)警。
