長(zhǎng)安大學(xué) 李 星

淺談AT89C52單片機(jī)在超聲波測(cè)距儀當(dāng)中的應(yīng)用

長(zhǎng)安大學(xué) 李 星

目前國(guó)內(nèi)一般使用專用集成電路設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀，但是專用集成電路的成本很高，并且沒有顯示，操作使用很不方便。所以一般運(yùn)用于專業(yè)領(lǐng)域,民用產(chǎn)品中運(yùn)用較少。AT89S52單片機(jī)由于其性能的特殊性及成本較低，若將其運(yùn)用于在超聲波測(cè)距系統(tǒng)當(dāng)中就能夠在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)中近距離障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的測(cè)距裝置，它能對(duì)障礙物進(jìn)行適時(shí)、適量的測(cè)量，起到智能操作，實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用。

AT89C52 超聲波 測(cè)距

一、緒論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)不僅是可能的而且是必要的。將高新技術(shù)應(yīng)用與汽車產(chǎn)業(yè)，實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已成為我國(guó)汽車工業(yè)以及交通部門的一項(xiàng)重要任務(wù)，是減少我國(guó)交通事故發(fā)生的重要措施之一。一種能對(duì)中近距離障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的測(cè)距裝置，它能對(duì)障礙物進(jìn)行適時(shí)、適量的測(cè)量，起到智能操作，實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用的設(shè)計(jì)迫在眉睫。

二、超聲波測(cè)距儀概要

超聲波測(cè)距儀是利用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如：液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。目前國(guó)內(nèi)一般使用專用集成電路設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀，但是專用集成電路的成本很高，并且沒有顯示，操作使用很不方便。超聲波指向性強(qiáng),穿透能力強(qiáng),能量消耗緩慢,在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn),因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。但由于超聲波傳感器的成本較高,所以一般運(yùn)用于專業(yè)領(lǐng)域,民用產(chǎn)品中運(yùn)用較少。考慮到一般情況下對(duì)測(cè)距的要求較低,可在一定程度上犧牲其精確度和測(cè)距范圍,從而降低成本,使其運(yùn)用范圍大大擴(kuò)展。

三、超聲檢測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

1993測(cè)量技術(shù)革命。徠卡測(cè)量系統(tǒng)在法國(guó)Batimat展出世界第一臺(tái)手持式激光測(cè)距儀，并被授予Batimat創(chuàng)新獎(jiǎng)。徠卡第一代迪士通結(jié)實(shí)耐用、可靠精密的特性引起了人們的關(guān)注。后來相繼推出了二、三、四、五代產(chǎn)品。徠卡測(cè)量系統(tǒng)推向市場(chǎng)的第五代迪士通產(chǎn)品中，新增了兩款獨(dú)特的型號(hào)，徠卡迪士通l ite5和classci5。一鍵按發(fā)使測(cè)量變得前所未及的簡(jiǎn)單便捷，在0.2m到200m之間，單次測(cè)量時(shí)間用不到1秒！用lite5，每項(xiàng)工作如測(cè)距、計(jì)算面積或體積都能用已明確定義的按鍵輕易實(shí)現(xiàn)。classic5則以輕觸式的鍵盤和為方便長(zhǎng)距離測(cè)量而內(nèi)置的望遠(yuǎn)鏡給人留下深刻印象。

我國(guó)超聲檢測(cè)技術(shù)是從無到有，從低級(jí)階段逐漸發(fā)展到應(yīng)用普及的現(xiàn)階段水平。直到1978年10月，中國(guó)建筑科學(xué)院研制出JC-2型便攜式超聲波檢測(cè)儀。該儀器采用TTL線路，數(shù)碼顯示，儀器重量為5Kg。同期研制出的超聲檢測(cè)儀器還有SC-2型，CTS-25型，SYC-2型超聲波檢測(cè)儀。從此，我國(guó)有了自己生產(chǎn)的超聲波儀器，為推廣應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。隨著檢測(cè)技術(shù)研究的不斷深入，進(jìn)一步要求以后生產(chǎn)的超聲儀能夠具有雙顯及內(nèi)帶有單板機(jī)的微處理功能。隨后具有檢測(cè)，記錄，存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理與分析等多項(xiàng)功能的智能化檢測(cè)分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。

四、AT89C52單片機(jī)

AT89C52ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)。片內(nèi)含8KbyTES的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256byTES。的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH由存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。

其主要性能有：

與MCS-51系列單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33MHz、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、32個(gè)可編程I/O口線、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。

五、測(cè)量與控制方法

聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)物體阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間可以測(cè)量得到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計(jì)算出來。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理。

超聲波測(cè)距儀可以實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)距，所以需要進(jìn)行測(cè)距選擇，而這個(gè)測(cè)距選擇就以自動(dòng)選擇功能來實(shí)現(xiàn)。本文所論述的超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要由聲波發(fā)射電路，回波接收電路和單片機(jī)控制電路及LCD顯示電路，靈活性強(qiáng)，可靠性高，計(jì)算簡(jiǎn)單，易于做到實(shí)時(shí)控制，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。

六、器件選型

1. 成芯片CX20106。集成芯片CX20106在接收部分電路中起了很大的作用。CX20106是一款應(yīng)用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強(qiáng)、性能優(yōu)越、外圍接口簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，由于紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測(cè)距的超聲波頻率40kHz比較接近，而且CX20106內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率f0五可由其5腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為30～60kHz。故本次設(shè)計(jì)用它來做接收電路。

2. 其余元件選擇。采用四位LED數(shù)碼顯示管。電阻、電容、導(dǎo)線若干。

七、結(jié)語

設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使此超聲波測(cè)距系統(tǒng)能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)，可以有效地解決汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控。

[1] 胡萍.超聲波測(cè)距儀的研制.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2003.10

[2] 華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用.武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2002.5

[3] 李華.MCU-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.6

[4] 徐淑華，程退安，姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999.6.