基于单片机的超声波测距系统设计

收稿日期：!""#$"%$!#作者简介：邹晓娥（&’#($）

，女，九江职业技术学院教师。基于单片机的超声波测距系统设计

邹晓娥，李良仁

（九江职业技术学院电气工程系，江西九江%%!""(

）摘要：利用超声波测量距离是一种有效的非接触式测距方法，本文介绍单片机控制的超声波测距系

统的原理，给出系统的硬件构成和软件控制流程，并在数据处理中采用了温度补偿修正。此系统具有易控制、工作可靠，测量精度高的优点。

关键词：单片机；超声波；测距；补偿

中图分类号：)*’+文献标识码：,文章编号：&""’$’-!!（!""#）"%$""!-$"!

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超声波在工业生产、医疗技术、日常生活中的应用越来越多。超声波在介质中传播时在不同界面上具有反射的特性，由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点，所以常用于测量物体的距离、厚度、液位等。其传播速度与介质的密度和弹性特性有关，它在空气中的传播速度为%R "I ／F 。超声波测距的方法有渡越时间法、频差法、幅值法等，本文利用超声波特性、渡越时间法，以采用S )+’D -&单片机作为核心控制器件，应用T 4A 3:42J #""系列

超声波传感器、T 4A 3:42J #-""系列超声波距离模块，实现超声波非接触式测距。由于超声波在空气中传播速度会随介质温度的升高而增大，影响测量精度，给出了修正方案。该系统可广泛应用于位移和距离测量。

!超声波测距工作原理

超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，其所经历的时间与超声波传播的路程的远近有关，测试传输时间可以得出距离，只要从测量点某一时间发射超声波，并测量该声波返回的时间即可实现测距。

假如6（I ）表示物体之间的距离，测得的时间为)（F ），传播速度为>（I ／F

）表示，则有以下关系式：!U "?#／!

（I ）但传播速度会随环境温度变化而变化。在空气中的传播速度，若以@（V ）表示环境温度，则传播速度为

#U %%&W -X "W #$（I ／F

）气温为&-V 的音速为%R "W -I ／F ，!-V 的时候为

%R #W -I ／F ，测试距离约有!Y 的误差。测量时按上式对超声

波传播速度加以修正，以减小误差。

"系统构成

系统构成框图如下图&所示。该超声波测距系统由Z 58[F D 4I O 公司生产的T 4A 3:42J #""系列超声波传感器、T 4A 3:42J #-""系列超声波距离模块和S )+’D -&单片机构成。T 4A 3:42J #""超声波传感器是集发射和接收一体的传感器，发射频率为R ’W R %&.，发射角度为%"度。超声波传感器有一定惯

-

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（邹晓娥：基于单片机的超声波测距系统设计）

　万方数据

性，发送结束后有一定余振，这种余振扰乱了系统捕捉返回信号，造成超声波传感器的测量范围受到限制，最近可测量

!"#$。当接收回波时，%&’()&*+,-..内部有一个调谐电路，使得只有/01/!"

2

信号才能通过，其他频率信号则被过滤，

内部集成了放大器，对返回微弱超声波信号加以放大。

图3系统硬件构成框图

单片机45607-3用来对%&’()&*+,..系列超声波传感器和%&’()&*+,-..系列超声波距离模块的控制，单片机通过%31.引脚来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测895.引脚，当895.引脚电平由高电平变为低电平时就认为超声已返回，计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算可计算出超声波和障碍物之间的距离，由单片机处理后通过液晶显示所测的距离。

图:系统控制程序流程图!系统软件设计

系统程序流程如图:所示，单片机45607-3先把%31.置.，启动超声波传感器发射超声波，并启动内部定时器5.开始计时。为抑制输出干扰，消除超声波发送余振，检测返回信号需在启动发射信号后:1!6$;才可以检测。超声波碰到障碍物后返回，45607-3不断扫描895.引脚，当895.脚接收的信号由高电平变为低电平时，表明信号已返回，程序进入中断，关闭定时器，数据经处理后可得出被测距离，并输出显示。

"误差及结论

由于受环境温度、湿度的影响，超声传感器的测量值与实际值总有一些偏差，表3为测距系统的实验修正表。可以看出测量距离越小，测量相对误差较大。产生误差的原因，主要来自温度的影响，以及超声波发射器和接收器间小距离间隔，引起的信号多重反射等。

表3测距系统实验修正表单位：#$实际值!.-.".3..3-.:..

测量值!31:-31/,01:3..1-3-:30-

温度的影响虽然加了温度修正，但由于声波传播过程中，温度在一个梯度方向，各点温度有上下浮动，且测温器存在误差，所以仍会给声速的测量带来影响，给距离测量带来一定的误差。且超声波在空气中传播，随传播距离的增加，其强度因空气吸收而减弱，呈指数规律下降，且超声波频率越高，衰减得越快，同样给测量带来误差。基于单片机的超声波测距系统，通过温度补偿修正，在测量距离适当范围内，测量精度基本可以达到要求。由于它的测量可靠、容易控制，可以适用于多种位移和距离测量。

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　万方数据

基于单片机的超声波测距系统设计

作者：邹晓娥， 李良仁， ZOU Xiao-e， LI Liang-ren

作者单位：九江职业技术学院电气工程系,江西九江,332007

刊名：

九江职业技术学院学报

英文刊名：JOURNAL OF JIUJIANG VOCATIONAL AND TECHNICAL COLLEGE

年，卷(期)：2006，(3)

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本文链接：https://www.doczj.com/doc/b53074321.html,/Periodical_jjzyjsxyxb200603010.aspx

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