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1、毕业设计基于单片机超声波倒车雷达的设计与实现基于单片机的超声波倒车雷达的设计与实现Ranging System Design and Implementation Based On MCU摘 要超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89S51单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89S5
2、1单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、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。关键词：超声波;单片机;测距;AT89S51ABSTRACTUltrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor tech
3、nology and automatic control technology combine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft , move backward the radar , water level measuring , building construction site and some industrial scenes extensively。This subject has intro
4、duced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of one-chip computer AT89S51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have po
5、inted out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89S51 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring
6、 speeding soon , calculating simple , apt to accomplish real-time control ,and can reach industrys practical demand in measuring the precision 。Key Words: Ultrasonic wave; One-chip computer; Range finding; AT89S51目 录摘要IIABSTRACTIII1 绪论11.1课题设计的目的和意义11.2国内应用现状11.3超声波测距系统介绍21.4本课题的研究内容和目标22 系统方案设计42.1
7、系统设计要求42.2系统构建42.3系统方案设计42.4本章小结83硬件部分设计93.1系统硬件设计思想93.2 AT89S52单片机93.3超声波测距的系统及其组成103.4本章小结154软件部分设计164.1主体程序设计164.2超声波测距子程序及其流程图164.3超声波测距流程图195系统调试与误差分析205.1调试步骤205.2调试现象205.3误差分析206 仿真和实物制作24结论27参考文献28致谢29附录 A30附录 B311 绪论1.1课题设计的目的和意义传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人
8、的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外传感器、压力传感器等等，其中，超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制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，并且测量精度较高。超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。通过本课题的研究，将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步。该设计可广泛应用在生活、军事、工
9、业等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且有一定的编程能力，综合运用所学的知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机程序对超声波信号进行相应的分析、计算、处理最后显示在LED数码管上。1.2国内应用现状近年来，由于在工业机器人的进行测距、跟踪导航上的应用和车间机械加工中的需求，设计一款智能测距装置已经非常的重要。而超声波测距法具有以下优势：（1）超声波有定向性较好、传输衰减小、能量集中、有较强的反射能力等优势。（2）和光学方法相比，超声波的传播速度较小，对于较近的目标可以直接测量。（3）超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，便于小型化和集成化。随着科学技术
10、的快速发展，超声波的应用将越来越广泛。但就目前技术水平来说，人们利用超声波的技术还十分有限，因此，这是一个正在不断发展而又有无限前景的技术。超声波测距技术在社会生活中已有广泛的应用，目前对超声波的精度要求越来越大。超声波作为一种新型的工具在各方面都有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。未来超声波测距技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方向发展。1.3超声波测距系统介绍基于单片机的超声波测距系统，是利用单片机编程产生频率为40kHz的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波波经反射物反射回来后，由传感器接收端接收，再经
11、接收电路放大、整形，控制单片机中断口。其系统框图如图1-1所示。图1-1 基于单片机的超声波测距系统框图这种以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，结果输出给LED显示。利用单片机准确计时，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单。许多超声波测距系统都采用这种设计方法。1.4本课题的研究内容和目标本次设计了一款基于单片机的超声波测距系统，系统以单片机作为微处理器，单片机的体积小，结构简
12、单，非常适合用在测控系统中。在软件程序的设计上，为了使程序更加的灵活，我们采用C51语言，这样可以大大的简化程序的编写时间。在结合市场上已经存在的不少的超声波测距装置，本系统结构紧凑性好、成本低，可靠性好，能有效准确的测量出障碍物和传感器之间的距离，具有一定的市场价值。本次设计的主要目标是通过超声波传感器具有近距离测速功能，实现了当传感器靠近障碍物后进行报警的功能。报警的距离可以通过按键进行控制。测量距离可以通过LED数码管显示器进行显示。 2 系统方案设计2.1系统设计要求本次设计的超声波测距仪预警系统由三个部分组成，分别为测距部分、控制系统部分和报警显示部分。本系统的主要功能是：当系统上点
13、后，当超声波传感器距离障碍物的距离逐渐减小到小于设定的报警距离值的时候的时候，系统会发出报警提示，同时在LED显示器上显示倒车距离。2.2系统构建这里我们主要介绍系统的硬件部分，在硬件设计上我们采用模块化的设计思想。主要分成三个主要的模块：测距系统模块、控制系统模块和报警显示模块。倒车防撞系统根据“回波测距”的原理设计的，整体框图如图2-1所示。控制系统发射模块接收模块数据显示蜂鸣器 图2-1 超声波测距系统结构原理图各模块具体功能如下：(1)测距系统模块：针对超声波传感器设计的发送模块、接收模块和控制系统共同完成测距功能。(2)控制系统模块：本系统以单片机为控制核心，控制整个系统的运行，对各
14、个接口电路进行控制，发射脉冲，检测到回波后，进行数据处理，测出从超声波发射到接收回波信号的时刻差，从而测出距离。(3)显示报警系统模块：显示最小距离及报警以提醒使用人员。2.3系统方案设计2.3.1测距系统方案设计目前汽车倒车测距仪预警系统测距技术主要有激光、毫米波测距仪、摄像系统、红外线、超声波等一些测距技术，不同的目标探测方式其工作过程和原理有不同之处，但它们的主要目的都是通过前方返回的探测信息判断前方车辆和本车间的相对距离，并根据两车间的危险性程度做出相应的预防措施。由于题目要求，本系统的测距模块采用的是超声波测距，其他测距方法不做过多说明。所谓超声波，是指人耳听不见的声波。正常人的听觉
15、可以听到16-20千赫兹（KHZ）的声波，低于16千赫兹的声波称为亚声波，我们把超过20千赫兹的声波叫做超声波。超声波在空气中的传播速度约为340m/s。超声波具有能量消耗慢，传播距离远，并且超声波回检的速度快，计算方便。并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此智能的测距系统主要是通过超声波来实现的。综上所述，超声波测量能够达到系统中所要求的测量精度，因此本次设计的汽车倒车防撞装置是通过超声波进行测距来实现的。本次设计使用了超声波传感器，它是通过超声波的一些特性而研制的一款传感器。超声波是一种机械波,振动频率高于声波通过改变芯片可以在电压的激励下振动,它有一个高频率、波长、衍射现象,特别是
16、定向好,可以成为射线和定向传输等。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多用作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）
17、等。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前需要了解它的性能。超声波传感器的主要特性如下：（1）工作频率。压电晶片的共振频率就是工作频率。当晶片的共振频率和加到它两端的交流电压的频率相等时，灵敏度最高，输出的能量最大。（2）工作温度。由于其高居里温度压电材料一般比较,尤其是当诊断用超声波探头功率小,所以温度较低,你可以工作在很长一段时间没有失败。医疗使用的超声波探头的温度比较高,需要单独的制冷设备。（3）灵敏度。主要取决于压电晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
18、使用在室外的超声波传感器应该具有很好的密封性，防止雨水和灰尘的进入。在金属盒体的顶部内侧固定压电陶瓷。在盒体的开口端固定底座，使用树脂对盒体进行覆盖。图2-2为超声波探头的结构图。图2-2 超声波探头的结构图其原理为：在超声波发射器两端输入40KHZ脉冲串，在超声波内部振子中通过脉冲信号，产生机械波，通过介质传播到需要测量的面，经过被侧面返回到接受器进行接收，接受到的信号是毫伏级的正弦波信号，通过超声波从发送接受所用的时间，即往返时间。通过往返时间乘以传播速度，就可以计算出传播距离。实际的距离为传播距离的一半，其表达公式可由式（1.1）表示：L=CT/2 （1.1）超声波探头发射波反射波障碍物
19、tV发射波反射波图2-3 超声波测距的原理图（1.1）式中，L为需要测量得距离，C超声波的传播速度，T接受的往返的时间。假设单片机微处理器的周期为t，则T=Nt，则测量得距离可式(1.2)表示： L=CT/2=CNt/2 （1.2）因为超声波指向性强，所以超声波对障碍物面的入射角对超声波电子倒车测距仪的灵敏度影响较大。理想的情况是让超声波垂直于入射面，可最大限度地接收反射回波以避免可能使超声波电子倒车测距仪失灵的情况出现。超声波测距原理图如图2-3所示。2.3.2控制系统方案设计在控制系统的方案选择上，由于整个系统的设计涉及到数据处理，控制实时性等问题，选用单片机作为微处理器，功耗低、电路设计
20、简单、程序编写可以选择单片机C51程序，大大的增加了系统的灵活性，减小了系统的开发周期。单片机内部有看门狗定时器，可以在程序跑飞的情况下自动的复位；通过快速的指令周期可以实时的采集到数据。所以微控制器选用Atmel公司的AT89S52单片机的控制系统。发射电路接收电路显示距离报警电路单片机控制发射传感器接收传感器图2-4 单片机控制系统2.3.3显示报警系统方案设计显示器应用极为广泛，是一种输出设备，综合课题的实际要求、成本以及考虑单片机的接口资源，本设计使用四个DPY_7-SEG_DP共阴二极管显示器，由于倒车时距离障碍物的距离本来就比较近，大概在3米以内，所以一个四位的LED显示器就可以达
21、到要求。报警装置采用的是有源蜂鸣器，根据距离远近进行报警，以提示驾驶员。2.3.4系统探测范围及传感器布点的确定超声波传感器发射超声波有一定的角度范围，超声波传感器的测量角度如图2-5所示。超声波传感器是否灵敏，和以下因素有关：1从物理学中的反射原理知：超声波的反射规律遵循反射定律于入射角等于反射脚，因此，反射波是否能被接收器接收到与反射面的角度有关。2不同大小的反射面积会影响反射波的强度。3超声波在传播过程中会产生衰减，所以同样的角度，同一个反射面，距离越远衰减程度越大。图2-5 探测角度根据以面得原理可知，在下列环境下，易造成无法侦测及侦测不良之情况：1铁丝网、绳索这类细小的物体。2崎岖不
22、平的路面。3易吸收声波之物质，如棉质。4传感器的表面上有着异物。5障碍物为锐角反射体，锥状物体。为了满足系统的测量的要求，如要超声波可以测量的最大距离为6M，本次设计的超声波测量范围为0-3M。对于超声波传感器这样在室外工作的物体，为了有效的减少各种干扰。我们要选择灵敏度高的，可靠性好的超声波传感器。在本次设计中我们选用UCM-R40KI 、UCM-T40KI (R表示接收传感器，T表示发射传感器)，最大探测距离为10m，发射扩散角为60度。2.4本章小结在本章中主要介绍了系统的设计要求，根据设计要就设计了相应的硬件结构框图。之后又介绍的超声波传感器的工作原理和本次所选用的传感器的型号。确定了
23、系统的最终的设计方案。3硬件部分设计本章主要讲述了超声波测距系统硬件电路的设计，把系统的整个硬件系统分成各个单元的模块电路设计。包括系统的主控制器单片机模块，超声波接收电路模块，超声波发射电路模块，显示电路模块，报警电路模块，还有键盘控制模块等等。3.1系统硬件设计思想其硬件结构图如图3-1所示。单片机发射电路发射传感器报警电路显示电路接收电路接受传感器障碍物图3-1 系统硬件结构图超声波发送40KHz脉冲信号通过单片机的的P1.5口送出，发出脉冲串，再把信号经过放大和整形经过超声波驱动电路，驱动超声波发射头，使发射传感器接收高电压。驱动内部的压电晶片震动，经过换能器后发射电路发出40kHz的
24、脉冲超声波。发射的超声波遇到障碍物后会发生反射，经过反射的超声波返回到超声波的接受传感器上。发射回来的超声波也是经过放大滤波整形后输入单片机的INT0端产生中断。计数器停止计数，测出从超声波发射脉冲群时刻到接收回波信号时刻差，超声波在同温同介质中的传播速度由测温系统得知，将时刻差与声速相乘，得出距离，并显示。3.2 AT89S52单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在线可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧
25、的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.3超声波测距的系统及其组成本系统由
26、单片机AT89S52控制，包括单片机控制系统、发射电路与接收放大电路和显示电路几部分组成，如图6所示。硬件电路的设计主要包括单片机最小系统及、超声波接受电路、超声波发射电路。显示电路等几部分组成。采用AT89S52单片机最为系统的微处理器。系统的晶振频率为12MHz，这样可以获得较稳定时钟频率，使测量误差减小。用单片机的P1.5端口输出40KHz的方波给超声波换能器，用单片机的P1.6端口检测超声波接收电路返回的接收信号。用4个为共阳的LED数码管进行显示。单片机的P0口为段码输出口，单片机的P2.0、P2.1、P2.1口控制数码管的位选,用三极管8550进行数码管的驱动。超声波接收头接收到反
27、射的回波后，经过接收电路处理后，向单片机P1.6输入一个低电平脉冲。单片机控制着超声波的发送，超声波发送完毕后，立即启动内部计时器T0计时，当检测到P1.6由高电平变为低电平后，立即停止内部计时器计时。单片机将测得的时间与声速相乘再除以2即可得到测量值，最后经3位数码管将测得的结果显示出来。3.3.1超声波测距单片机系统超声波测距单片机系统主要由：AT89S52单片机、晶振、复位电路、电源滤波部份构成。由K1，K2，K3组成测距系统的按键电路。用于设定超声波测距报警值。如图3-2。图3-2 超声波测距单片机系统3.3.2超声波发射、接收电路超声波发射如图3-3，接收电路如图3-4。超声波发射电
28、路由电阻R29、三极管BG4、超声波脉冲变压器B及超声波发送头T40构成，超声波脉冲变压器，在这里的作用是提高加载到超声波发送头两产端的电压，以提高超声波的发射功率，从而提高测量距离。接收电路由BG5、BG6组成的两组三级管放大电路构成；超声波的检波电路、比较整形电路由C4、D1、D4及BG9组成。40kHz的方波由AT89S52单片机的P1.5输出，经BG4推动超声波脉冲变压器，在脉冲变压器次级形成60VPP的电压，加载到超声波发送头上，驱动超声波发射头发射超声波。发送出的超声波，遇到障碍物后，产生回波，反射回来的回波由超声波接收头接收到。由于声波在空气中传播时衰减，所以接收到的波形幅值较低
29、，经接收电路放大，整形，最后输出一负跳变，输入单片机的P1.6脚。图3-3 超声波测距发射单元该测距电路的40kHz方波信号由单片机AT89S52的P1.5发出。方波的周期为1/40ms，即25s，半周期为12.5s。每隔半周期时间，让方波输出脚的电平取反，便可产生40kHz方波。由于单片机系统的晶振为12M晶振，因而单片机的时间分辨率是1s，所以只能产生半周期为12s或13s的方波信号，频率分别为41.67kHz和38.46kHz。本系统在编程时选用了后者，让单片机产生约38.46kHz的方波。图3-4 超声波测距接收单元由于反射回来的超声波信号非常微弱，所以接收电路需要将其进行放大。接收电
30、路如图3-所示。接收到的信号加到BG5、BG6组成的两级放大器上进行放大。每级放大器的放大倍数为70倍。放大的信号通过检波电路得到解调后的信号，即把多个脉冲波解调成多个大脉冲波。这里使用的是IN4148检波二极管，输出的直流信号即两二极管之间电容电压。该接收电路结构简单，性能较好，制作难度小。3.3.3数码管的显示电路本系统采用四位一体L E D 数码管显示所测距离值，如图10。数码管采用动态扫描显示，段码输出端口为单片机的P0口，位码输出端口分别为单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口,数码管位驱运用PNP三极管8550三极管驱动。同时使用电阻进行限流。图3-5 显示单元3.3.4
31、供电电路本测距系统由于采用的是LED数码管用为显示方式，正常工作时，系统工作电流约为30-45mA，而系统中单片机的工作电压为+5V,为保证系统统计的可靠正常工作，并且方面系统的供电方式我们选择电脑的USB口进行供电，这样可以为调试系统方便，即由USB口供电，调试时直接由电脑USB口供电。在电路板上还安装了一个供电的开关，可以通过开关来打开和关闭电源，系统供电电路如图3-6所示。图3-6 供电单元电路图3.3.5报警输出电路报警电路的主要的作用是当检测到的距离小于我们所设定的最小的报警距离的时候，系统要发出报警的声音，来提示我们。本次设计的报警电路是通过单片机控制蜂鸣器进行报警的。单片机的P3
32、.7口通过一个限流电阻控制三极管8550的基极，三极管的发射机接+5V的电压，集电极接蜂鸣器的一端，蜂鸣器的另一端接地。因为本次使用的三极管是PNP型的管子，所以当单片机的P3.7口为低电平的时候三极管导通，蜂鸣器经行报警，当单片机的P3.7口为高电平的时候三极管不到通，蜂鸣器不报警。报警输出电路如图3-7。图3-7 报警输出电路3.4本章小结本章主要介绍了超声波测距系统的硬件电路的设计，把系统的整体的硬件电路分成各个模块的电路设计。主要对其中的单片机最小系统，超声波接收电路，超声波发射电路，显示电路以及电源电路进行了详细的设计。4软件部分设计4.1主体程序设计超声波倒车测距的软件设计主要由主
33、程序，超声波发生子程序，超声波接收程序及显示子程序组成。超声波测距的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C语言编程。主程序首先是对系统环境初始化，设定时器0为计数，设定时器1定时。置位总中断允许位EA。进行程序主程序后，进行定时测距判断，当测距标志位ec=1时，测量一次，程序设计中，超声波测距频度是4-5次/秒。测距间隔中，整个程序主要进行循环显示测量结果。当调用超声波测距子程序后，首先由单片机产生4个频率为38.46kHz超声波脉冲，加载的超声波发送头上。超声波头发送完送超声波后，立即启动内部计时器T0进行计时，为了避免超声波从发
34、射头直接传送到接收头引起的直射波触发，这时，单片机需要延时约1.5 -2ms时间（这也就是超声波测距仪会有一个最小可测距离的原因，称之为盲区值）后，才启动对单片机P1.6脚的电平判断程序。当检测到P1.6脚的电平由高转为低电平时，立即停止T0计时。由于采用单片机采用的是12 MHz的晶振，计时器每计一个数的时间就是1s，当超声波测距子程序检测到接收成功标志位后，会将计数器T0中的数按式（2）计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离。设计时取15时声音的速为340 m/s则有：d=(ct)/2=172T0/10000cm其中，T0为计数器T0计算出来的值。测出距离将测得的结构转化成十进制BCD码在
35、数码管上进行显示。最后重复上述的测量过程。4.2超声波测距子程序及其流程图void wdzh()TR0=0;TH1=0x00;TL1=0x00;csbint=1;sx=0;delay(1700);csbfs();csbout=1;TR1=1;i=yzsj;while(i-)i=0;while(csbint)/判断接收回路是否收到超声波的回波i+;if(i=3300)csbint=0;TR1=0;s=TH1;s=s*256+TL1;TR0=1;csbint=1;jsz=s*csbc;/计算测量结果jsz=jsz/2; 产生超声波的子程序：为了方便程序移置及准确产生超声波信号，本测距的超声波产生程
36、序是用汇编语言编写的进退声波产生程序。产生的超声波个数为UCSBFS SEGMENT CODERSEG UCSBFSPUBLIC CSBFSCSBFS:mov R6,#8h ;超声波发射的完整波形个数：共计四个 here:cpl p2.7 ;输出40kHz方波 nop nop nop nop nop nop nop nop nop djnz R6,here RETEND流程图如图4-1：开始初始化启动定时器测量标志超声波测距距离上限值距离盲区值测量段码转换显示距离报警值报警输出显示值=CCC显示值= -设定段码转换=1=0YNNYYN图15 超声波测距子程序流图4-1 超声波测距子程序流程图4
37、.3超声波测距流程图如图4-2标志=1？发送超声波启动计时器T0延时避开盲区收到回波否？停止计时计算测量值结束超声波测距大于预设时间？NYNNYY图4-2超声波测距流程图5系统调试与误差分析5.1调试步骤我的步骤是先焊接各个模块，焊接完每个模块以后，再进行模块的单独测试，以确保在整个系统焊接完能正常的工作，原件安装完毕后，将写好程序的AT89S52机装到测距板上，通电后将测距板的超声波头对着墙面往复移动，看数码管的显示结果会不会变化，在测量范围内能否正常显示。如果一直显示“- - -”，则需将下限值增大。本测距板1s测量4-5次，超声波发送功率较大时，测量距离远，则相应的下限值（盲区）应设置为
38、高值。试验板中的声速没有进行温度补偿，声速值为340m/s，该值为15时的超声波值。由于条件原因调试时无法提供6V交流电与5V双USB接口线，所以由4.5V干电池与5V实验室稳压电源代替。当我焊接好元器件，检查无短路后，我接通了电源。接通电源能正常工作。5.2调试现象本设计为超声波测距仪因此将测距仪至我们要进行测试灵敏度。1.在25cm以上时无报警2.小于25cm时蜂鸣器报警5.3误差分析虽然在超声波传感器最前端有0.5cm的空白距离，但是测距仪在25cm（25.5cm）时显示的是26cm。因此本测距仪存在误差。5.3.1性能分析从实物测试的总体来说本测距板基本上达到了要求，理想上超声波测距能
39、达到400cm到600cm左右，而我所能实现的最大距离只有300cm左右，测量结果受环境温度影响。分析原因如下：1. 超声波发射部份由电阻R1、三极管BG1、超声波脉冲变压器B及超声波发送头T40构成，以提高超声波的发射功率，从面提高测量距离。这种方式，加大的超声波了送头的余振时间，造成超声波测距有一定的盲区.2.本测距板没有设计温度补偿对测量结果进行修正。但在硬件的PCB上预留的位置。5.3.2误差分析超声波测距由于其再使用中不受光照度、电磁场、色彩等因素的影响，加之其结构简单成本低，在机器人避障和定位、汽车倒车、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用。在原理上将，超声波测距有脉冲回波法、共振
40、法和频差法。其中脉冲回波法测距常用，其原理是超声传感器发射超声波，在空气中传播至被测物，经反射后由超声波传感器接收反射脉冲，测量出超声脉冲从发射到接收的时间，在已知超声波声速的前提下，可计算被测物的距离H，即：H=vt/2。由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波很难精确捕捉，致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素使超声波测距的精度和范围受到影响。（1）温度对超声波波速的影响超声波的传播速度受气体的密度、温度及气体分子成份的影响。其中温度对超声波在空气中的传播速度有明显的影响，当需要精确确定超声波传播速度时，必须考虑温度的影响。（2）超声波回波声强影响超声波回波声强与被
41、测物得距离有由直接的关系，在进行实际的测量时，第一个回波不一定是第一个过零点触发。这种误差不能从根本上消除，但是可以通过根据测量距离调整脉冲群的脉冲个数以及动态调整比较电压来减小这种误差。（3）电路本身影响电路硬件和软件本身存在一定的缺陷，因此会造成测量误差，主要表现为：启动发射和启动计时之间的偏差。这是源于单片机一次只能处理一件事，所以启动发射和启动计时实际上不能同时完成，是先后完成的，存在时差。但只要指令速度足够快，其偏差可以忽略。收到回波到被检测出的滞后。这是源于检测电路的灵敏度和判断偏差，从收到实际回波到电路确认并输出相应信号肯定存在滞后，这和回波信号强弱、检测电路原理以及判断电路的敏
42、感性相关，也是超声波测距的核心。收到中断到中断响应停止计时之间的滞后。这是源于单片机的中断机制。收到中断信号后，单片机不可能立刻响应，至少要完成当前的指令，有时还要等待其它中断服务结束，所以这个滞后时间也不确定，从而导致测量结果的变化。但这个因素可以通过提高单片机速度，使用高优先级中断。计时器的本身误差。这是源于计时器的本身。由于目前大多数的晶体振荡器，其准确度和稳定度为20-50 PPM 级别，对于音速的而言，带来的稳定误差在mm级。为减小这项项误差，应该提高计时的最小单位，即是选择频率高的晶振，从而降低量化误差。同时选用质量好的晶振。（4）超声波波速入射角影响超声波波束入射角也会对测量数据
43、产生影响，由于系统是用来测量点和面的距离，则被测物表面，超声波发射探头和接收探头三者之间存在一个几何角度，即发射波入射到接收探头的角度，如果这个角度不是0度，系统测量到的距离是被测物与接收探头之间的距离而不是和测量参考面之间的距离，这就会造成测量误差。6 仿真和实物制作为了更好的验证设计理论的正确性，本次设计从两个方面对设计的理论及进行了验证，首先我们通过使用protues仿真软件，按照我们的设计思路进行了仿真分析，本仿真设计只对超声波发送接收电路之外的单片机系统及程序进行仿真。仿真时借用了NE555产生延迟信号，模拟超声波的发送出去遇障碍物后返回的过程。仿真时通过调节RV1值的大小，以改变延
44、时长短，模拟出距离的远近。系统的仿真图如图6-1所示：图6-1 仿真图1在仿真图中可以看到当前检测到得距离为43cm,因为本次设计的初始的报警距离为25cm，我们会听到蜂鸣器报警，图中的LED报警灯被点亮，开始报警。在仿真图中我们可以看见有两个按键，这两个按键的作用是用来调节报警距离的。测试的仿真图如图6-2所示：图6-2 仿真图2经过仿真电路的调试说明本次设计的设计原理已经基本上没有问题了，我们有对仿真电路进行了改进，通过买相应的期间制作了实物，因为在设计实物的过程中发现只用一个蜂鸣器就可以实现报警的作用，因此在制作实物的时候报警电路只制作了蜂鸣器报警，蜂鸣器的声音足以提供使用者，在按键电路的设计过程中，我们有增加了一个按键对测距系统进行控制，这样更加的方便好用。实物图如下图6-3所示。图6-3 实物图实物调试：调试时由于没有皮尺和米尺所以本人以白纸粘贴起来做成25cm的简易倒车带如下图6-4所示：图6-4 模拟倒车带在简易倒车带最前方有如图6-5的0.5cm的空白区域图6-5 0.5cm空白调试现象本设计为汽车倒车雷达因此将雷达至于小车上模拟汽车倒车。l 在小于25cm时如图6-6所示报警
