1、單片機超聲波測距原理來源：作者：時間:內(nèi)容提要：超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離關(guān)鍵詞：電路原理超聲波中斷發(fā)射程序單片機時間系統(tǒng)產(chǎn)生超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。為了使移動機器人能自動避障行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的距離信息（距離和方向）。本文所介紹的三方向（前、左、右）超聲波測距系統(tǒng)，

2、就是為機器人了解其前方、左側(cè)和右側(cè)的環(huán)境而提供一個運動距離信息。二、超聲波測距原理1、超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。2、壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信

3、號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。3、超聲波測距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據(jù)計時器記錄的時間t,就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離（s）,即：s=340t/2圖1超聲波傳感器結(jié)構(gòu)這就是所謂的時間差測距法。三、超聲波測距系統(tǒng)的電路設(shè)計圖2超聲波醐距電路

4、原理圖圖2超聲波測距電路原理圖本系統(tǒng)的特點是利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時，單片機選用8751,經(jīng)濟易用，且片內(nèi)有4K的ROM,便于編程。電路原理圖如圖2所示。其中只畫出前方測距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測距電路與前方測距電路相同，故省略之。內(nèi)容提要：超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離關(guān)鍵詞：電路原理超聲波中斷發(fā)射程序單片機時間系統(tǒng)產(chǎn)生1、40kHz脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，這由單片機執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。puzel:mov14h,#12

5、h;超聲波發(fā)射持續(xù)200mshere：cplp1.0;輸出40kHz方波nop;nop;nop;djnz14h,here;ret前方測距電路的輸入端接單片機P1.0端口，單片機執(zhí)行上面的程序后，在P1.0端口輸出一個40kHz的脈沖信號，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭UCM40T,發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。右側(cè)和左側(cè)測距電路的輸入端分別接P1.1和P1.2端口，工作原理與前方測距電路相同。2、超聲波的接收與處理接收頭采用與發(fā)射頭配對的UCM40R,將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?，?jīng)運算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊

6、LM567,內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8c3,電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號大于25mV,輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷請求信號，送至單片機處理。前方測距電路的輸出端接單片機INT0端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機INT1端口，同時單片機P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。部分源程序如下：receivedpushpswpushaccclrex1;關(guān)外部中斷1jnbp1.1,right;P1.1弓I腳為0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務(wù)程序jn

7、bp1.2,left;P1.2弓唧為0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務(wù)程序return：SETBEX1;開外部中斷1pop?accpop?pswretiright：.?;右測距電路中斷服務(wù)程序入口?ajmp?returnleft：.;左測距電路中斷服務(wù)程序入口?ajmp?return3、計算超聲波傳播時間在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T0,利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。其部分源程序如下：RECEI

8、VE0:PUSHPSWPUSHACCCLREX0;關(guān)外部中斷0?MOVR7,TH0;讀取時間值MOVR6,TL0?CLRCMOVA,R6SUBBA,#0BBH;計算時間差MOV31H,A;存儲結(jié)果MOVA,R7SUBBA,#3CHMOV30H,A?SETBEX0;開外部中斷0POPACC?POPPSWRETI四、超聲波測距系統(tǒng)的軟件設(shè)計圖三主程序流程圖圖3也定時中斷服務(wù)子程序圖3超聲波測距系統(tǒng)的軟件設(shè)計圖3(c)外部中斷子程J產(chǎn)軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖3(a)(b)(c)所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的