原標(biāo)題：基于渡越時(shí)間檢測(cè)法的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)方案

基于渡越時(shí)間檢測(cè)法的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)方案

引言

超聲波測(cè)距儀是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活中的測(cè)量工具，具有高精度、遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)量的特點(diǎn)。本文將詳細(xì)介紹一種基于渡越時(shí)間檢測(cè)法、采用AT89C52單片機(jī)、CX20106A紅外線接收處理芯片以及DS18B20溫度傳感器的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)原理

超聲波測(cè)距儀的基本原理是通過(guò)發(fā)射超聲波信號(hào)，并測(cè)量該信號(hào)從發(fā)射到返回的時(shí)間差（渡越時(shí)間），根據(jù)聲速計(jì)算出距離。溫度傳感器用于實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度，以修正聲速的變化，保證測(cè)距精度。

主要芯片及其作用

AT89C52單片機(jī)

AT89C52是一種經(jīng)典的8位單片機(jī)，具有以下特點(diǎn)：

• 8KB閃存

• 256字節(jié)內(nèi)部RAM

• 32個(gè)I/O口線

• 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器

• 6個(gè)中斷源

在本設(shè)計(jì)中，AT89C52單片機(jī)主要負(fù)責(zé)以下功能：

1. 控制超聲波發(fā)射與接收

2. 處理渡越時(shí)間信號(hào)

3. 讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)

4. 計(jì)算并顯示測(cè)量結(jié)果

CX20106A紅外線接收處理芯片

CX20106A是一種用于紅外線信號(hào)接收與處理的芯片，具有高靈敏度和抗干擾能力。在本設(shè)計(jì)中，CX20106A主要用于：

1. 接收超聲波回波信號(hào)

2. 將接收到的信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理

DS18B20溫度傳感器

DS18B20是一種高精度的單總線數(shù)字溫度傳感器，具有以下特點(diǎn)：

• 測(cè)量范圍：-55℃到+125℃

• 精度：±0.5℃

• 支持多點(diǎn)布線

在本設(shè)計(jì)中，DS18B20用于實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度，提供溫度數(shù)據(jù)用于聲速修正。

設(shè)計(jì)方案

硬件設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主要包括以下模塊：

• 超聲波發(fā)射模塊

• 超聲波接收模塊

• 溫度檢測(cè)模塊

• 數(shù)據(jù)處理及顯示模塊

2. 電路設(shè)計(jì)

• 超聲波發(fā)射電路由AT89C52單片機(jī)控制，通過(guò)IO口驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器。

• 超聲波接收電路由CX20106A接收超聲波回波信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和濾波后送入AT89C52單片機(jī)進(jìn)行處理。

• 溫度檢測(cè)電路通過(guò)單總線與AT89C52連接，實(shí)時(shí)讀取溫度數(shù)據(jù)。

• 顯示電路使用LCD或LED顯示模塊，通過(guò)AT89C52單片機(jī)的IO口控制顯示測(cè)量結(jié)果。

軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括以下幾部分：

1. 初始化程序

• 配置AT89C52的IO口、定時(shí)器和中斷

• 初始化超聲波發(fā)射接收電路

• 初始化溫度傳感器

2. 主程序

• 周期性觸發(fā)超聲波發(fā)射

• 等待接收回波信號(hào)

• 計(jì)算渡越時(shí)間

• 讀取溫度數(shù)據(jù)，修正聲速

• 計(jì)算距離并顯示

3. 中斷處理程序

• 用于處理定時(shí)器中斷，精確測(cè)量渡越時(shí)間

路由圖

1. 系統(tǒng)初始化

void main() {
    float distance;
    float temperature;
    
    System_Init();
    
    while (1) {
        // 觸發(fā)超聲波發(fā)射
        Trigger_Ultrasonic();
        
        // 等待回波信號(hào)
        while (!Echo_Received());
        
        // 計(jì)算渡越時(shí)間
        time = Get_Echo_Time();
        
        // 讀取溫度
        temperature = DS18B20_Read();
        
        // 修正聲速
        float sound_speed = 331.3 + 0.6 * temperature;
        
        // 計(jì)算距離
        distance = (time * sound_speed) / 2.0;
        
        // 顯示距離
        LCD_Display(distance);
        
        // 延時(shí)一段時(shí)間，避免頻繁觸發(fā)
        Delay(100);
    }
}

2. 主程序

c復(fù)制代碼void main() {    float distance;    float temperature;
    
    System_Init();    
    while (1) {        // 觸發(fā)超聲波發(fā)射
        Trigger_Ultrasonic();        
        // 等待回波信號(hào)
        while (!Echo_Received());        
        // 計(jì)算渡越時(shí)間
        time = Get_Echo_Time();        
        // 讀取溫度
        temperature = DS18B20_Read();        
        // 修正聲速
        float sound_speed = 331.3 + 0.6 * temperature;        
        // 計(jì)算距離
        distance = (time * sound_speed) / 2.0;        
        // 顯示距離
        LCD_Display(distance);        
        // 延時(shí)一段時(shí)間，避免頻繁觸發(fā)
        Delay(100);
    }
}

3. 中斷處理

void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {
    // 處理定時(shí)器0中斷，用于精確測(cè)量渡越時(shí)間
    TH0 = 0x00;
    TL0 = 0x00;
    
    // 記錄時(shí)間
    time++;
}

調(diào)試與測(cè)試

1. 硬件調(diào)試

• 確認(rèn)各模塊電路連接正確

• 使用示波器監(jiān)測(cè)超聲波發(fā)射與接收信號(hào)

• 調(diào)整CX20106A的放大與濾波參數(shù)，確?；夭ㄐ盘?hào)的穩(wěn)定性

2. 軟件調(diào)試

• 驗(yàn)證溫度傳感器的數(shù)據(jù)讀取是否準(zhǔn)確

• 測(cè)試渡越時(shí)間的計(jì)算精度

• 校準(zhǔn)聲速修正算法，確保距離計(jì)算的準(zhǔn)確性

3. 綜合測(cè)試

• 在不同環(huán)境溫度下測(cè)試測(cè)距儀的精度和穩(wěn)定性

• 測(cè)試不同距離范圍內(nèi)的測(cè)量誤差

結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了基于渡越時(shí)間檢測(cè)法的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)方案，采用AT89C52單片機(jī)、CX20106A紅外線接收處理芯片以及DS18B20溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)了高精度、穩(wěn)定的距離測(cè)量。通過(guò)合理的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件算法優(yōu)化，測(cè)距儀能夠在不同環(huán)境溫度下保持較高的測(cè)量精度。該設(shè)計(jì)方案具有成本低、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，適合用于各種測(cè)距應(yīng)用場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn)

1. 《AT89C52單片機(jī)數(shù)據(jù)手冊(cè)》

2. 《CX20106A紅外線接收處理芯片應(yīng)用指南》

3. 《DS18B20溫度傳感器技術(shù)手冊(cè)》

4. 《超聲波測(cè)距技術(shù)原理與應(yīng)用》

以上是基于渡越時(shí)間檢測(cè)法、AT89C52單片機(jī)、CX20106A紅外線接收處理芯片和DS18B20溫度傳感器的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)方案。希望對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用有所幫助。