何庭杰

摘 要：本文介绍了以AT89S51作为控制核心的超声波测距系统，由单片机记录时间，计算超声波从发射到接收的时间，乘以声波在空气中传播的速度，得到距离，并根据障碍物远近发出报警声。该超声波测距仪，可以應用于汽车倒车、工业现场的位置监控，也可用于井深、液位、管道长度的测量等场合。

关键词：AT89S51；测距；超声波

1、引言

超声波指向性强，在介质中传播的距离较远[1]，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。该测距仪将单片机技术与超声波技术相结合，可检测与障碍物之间的距离，距离值通过液晶显示器显示，根据距离远近发出报警声。

2、超声波测距原理

超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种[2]，本文中利用超声的反射特性。超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物立即返回，超声波接收器收到反射回来的超声波立即停止计时，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差t。常温下超声波在空气中的传播速度为 C=340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出超声波发射器到距障碍物的距离（L），即：L=C*t/2。超声波测距示意图如图1所示：

3、系统实现

该系统由at89s51单片机P1.0口送出持续10us以上的高电平至超声波模块US-100的TX端，超声波发射头便可发出8个40KHz的超声波脉冲，在发射的同时，定时器T0开始计时。超声波在遇到障碍物时会发射回来，称为回波，US-100模块的超声波接收头检测到回波信号后，自动进行温度值得信号，并根据当前温度进行测距结果校正，把模块的RX引脚电平置为高位，单片机作为CPU通过端口P1.1检测超声波模块RX端口的电平状态来判断回波信号是否被收到，如若发出的超声波遇到障碍物后返回停止定时器T0计时，读出T0计时时间t，利用公式L=C*t/2算出距离。单片机把所测距离送入液晶显示并根据距离驱动蜂鸣器报警，本文设计的报警距离为0.5米。系统框图如图2所示：

4、软件设计

系统软件由主程序、超声波发射程序、接收中断子程序、显示程序、报警程序组成。单片机P1.0端口输出持续20us的高电平至发射模块，同时启动定时器T0，T0采用模式1，16位加法计数器，初始值设置为0x18fc，每次溢出定时1ms，并用变量count计数计算溢出次数。当超声波模块US-100接收头接收到回波信号后，关闭定时器T0，TR0=0，读出定时时间t，计算出距离并送液晶显示，如果距离小于50厘米，驱动蜂鸣器发生报警。

5、结束语

实际测量结果表明，本设计达到了预定设计要求，能在不同的环境温度条件下准确测量目标距离，设计方案与系统设计是正确的，可行的。但由于超声波的发射功率有限，在最大测量范围指标上尚未达到要求，需要加大发射功率来解决。

参考文献

[1] 黄继昌：传感器工作原理及应用实例，人民邮电出版社，1998，P5

[2] 陈 莹：基于单片机的超声波测距系统[C]，华中科技大学硕士学位论文[D]，2004.4，P13

（作者单位：自贡市职业培训学院）