基于温度补偿的超声波精准测距智能车的设计
基于单片机带温度补偿的超声波测距设计报告
基于单片机的超声波测距设计报告摘要: 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，他广泛应用于防盗、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STC公司的STC89C52的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不足并加以改进，将温度引起的误差考虑在内并且加以修正，给出了以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、液晶显示超声波测距系统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、计算简单并且做到了可设计报警范围的功能,在测量精度方面能达到工业使用的要求。
关键词：单片机；液晶显示；报警；测距Ultrasonic distance measurement based on single chipAbstract:Ultrasound has a strong point, the energy consumption of the slow spread of the advantages of distance, so the use of sensor technology and automatic control technology, the program combines distance, ultrasonic distance measurement is the most common one, and he widely used in security, parking sensor, water level measurement, construction sites and some industrial sites.This subject introduces the principles and characteristics of ultrasonic sensors, and microcontroller STC89C52 STC's performance and characteristics, and the analysis of the ultrasonic distance measurement based on the principle that the lack of design ranging system and make improvements, will into account the error due to temperature and should be amended to STC89C52 given low-cost microcontroller as the core, high-accuracy, liquid crystal display ultrasonic ranging system of hardware and software design methods. The system circuit design is reasonable, stable, good performance, fast detection of simple calculation and can be designed to achieve the alarm range of functions to achieve precision in the measurement requirements for industrial use. Keywords:microcontroller; LCD display; alarm; ranging目录1 绪论 (5)1.1 研究的背景 (5)1.2研究的主要内容 (5)1.3应解决的关键问题 (5)2 电路方案论证 (5)2.1方案比较 (5)2.1.1 激光测距 (5)2.1.2 超声波测距 (6)2.2电路总体方案 (6)3单片机概述 (7)3.1 STC89C52主要性能 (7)3.2 STC89C52外部结构及特性 (7)3.3 STC89C52内部组成 (8)4 超声波测距模块 (10)4.1 超声波传感器介绍 (10)4.2 HC-SR04超声波测距模块的性能特点 (11)4.3 HC-SR04的管脚排列和电气参数 (12)4.3.1 管脚简介 (12)4.3.2 HC-SR04的电气参数 (12)4.4超声波时序图 (12)5系统硬件电路设计 (14)5.1单片机最小系统 (14)5.1.1 STC89C52芯片 (14)5.1.2 复位电路 (14)5.1.3 晶振电路 (15)5.2 驱动显示电路及报警电路 (16)5.2.1 1602LCD液晶显示屏 (16)5.2.2 蜂鸣器报警 (17)5.3 HC-RS04超声波测距原理 (18)5.4 5V稳压电路 (19)5.5温度检测电路 (19)5.5.1 温度检测方案的分析 (19)5.5.2 数字温度传感器DS18B20简介 (20)5.5.3 DS18B20的结构及电路 (20)6系统程序的设计 (21)6.1主程序 (21)6.2显示数据子程序 (22)6.3报警子程序 (22)6.4按键子程序 (23)结论 (25)参考文献 (26)附录（A） (27)附录（B） (28)致谢 (46)1 绪论1.1 研究的背景单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。
具有温度补偿功能的超声波测距系统设计
１ 引 言
２ 超 声 波测 距 系统 原 理
超 声 波 测 距 与红 外 线 、激 光 测 距 相 比 ，其 对 外 界 电磁
超 声 波测距 系统 如 图 １所 示 。硬 件 主 要 有 ：超 声 波 发
场 、光 线及 色彩 敏感 度低 ，更 适 于 电磁 干扰 强 、有 毒 、黑 暗 、 射电路 、超声 波接 收 电路 、温度 检测 电路 、ＡＴ８９Ｃ５１单 片机
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍ ｅ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ＤＳ１８Ｂ２０ ｔｏ ａｃｑｕｉｒｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ ｉｎ ｔｉｍ ｅ．Ｗ ｈｅｎ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｃｈａｎｇｅｓ，ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ＤＳ１ ８Ｂ２０ ｅｘｔｒａｃｔｓ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｓ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍ ｐｕｔｅｒ ｔｉｍ ｅｌｙ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃ０ｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗ ｅｅｎ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗ ａｖｅ ｔｏ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔａｋｅｓ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ＡＴ８９Ｃ５ １ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ，ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｍ ｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ ｓｏｆｔｗ ａｒｅ ｐａｒｔｓ．Ｔ ｈｅ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗ ｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｕｐ ｔｏ １ ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ； ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍ ｐｅｎｓａｔｉｏｎ；Ａ Ｔ８９Ｃ５ １； ＤＳ１ ８Ｂ２０
基于超声波测距的智能小车设计
目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)第一章绪论 (2)1.1课题研究背景 (2)1.2课题研究意义 (2)第二章超声波测距原理 (4)2.1 超声波传感器介绍 (4)2.2 超声波发生器 (5)2.3压电式超声波发生器原理 (5)2.4超声波测距的基本原理 (6)第三章方案论证及选择 (8)3.1 设计的任务要求 (8)3.2 系统初步设计及可行性论证 (8)3.3 微处理器的选择 (9)3.4 显示方式的选择 (9)3.5 小车电机驱动电路的选择 (10)3.6 遥控器的选择 (10)第四章硬件电路的设计 (11)4.1控制器 (11)4.2 超声波测距模块 (13)4.3 超声波测距显示模块 (15)4.4 超声波测距报警模块 (16)4.5 小车驱动模块 (16)4.6 红外遥控接收模块 (18)第五章软件设计 (20)5.1 程序设计方案 (20)5.1.1超声波测距程序设计方案 (20)5.1.2超声波测距显示程序设计 (20)5.1.3超声波数据采集电路软件流程图 (21)5.2 控制电路程序设计 (22)5.2.1 红外接收解码设计 (22)5.2.2 小车驱动程序设计 (22)5.2.3 控制电路程序流程图 (23)结论 (24)致 (25)参考文献 (26)附录 (27)附录A：硬件原理图 (27)附录B：硬件PCB图 (29)附录C：硬件实物图 (31)附录D：部分源程序 (32)附录D1:控制源程序 (32)附录D2:超声波数据测距源程序 (37)基于超声波测距的智能小车设计摘要：本设计采用AT89S52单片机作为主控器，结合超声波测距原理，设计了红外遥控小车的测距报警系统。
该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化等特点，AT89S52单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。
超声波距离测量系统用的频率为40KHz的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。
带温度补偿超声波测距系统设计
南通大学传感器与检测课程设计(预习）报告项目：带温度补偿的超声波测距系统设计班级：姓名：学号：联系方式：学期：2015-2016-2前言 (3)一．课题调研 (3)1.1传感器选型 (3)1.1.1可选温度传感器 DS18B20 (3)1.1.2可选用AD590温度传感器 (4)1.2超声波传感器 (5)1.2.2选用MAX232芯片做发射电路 (7)1.2.3超声波发射电路 (8)1.2.4超声波接收电路 (10)1.2.5选用TL074芯片作为接受电路 (11)1.3多种实现方法。
(12)1.3.1方法一：系统结构框图 (12)1.3.2工作原理 (12)1.3.3方案二：系统结构图如下。
(13)二．总体设计 (14)2.1电路图 (14)2.1.1超声波模块电路 (14)2.2.1主程序设计。
(19)前言以AT89S51单片机为核心，设计了一种带温度补偿的超声波测距系统。
系统包括单片机、超声波发射及接收模块、温度补偿模块、信息显示模块。
温度补偿模块采用温度传感器DS18B20 采集环境温度，根据超声波速度与温度值的对应关系及时修正波速，以纠正温度的变化引起超声波测距系统产生的误差。
一．课题调研1.1传感器选型集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。
模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。
1.1.1可选温度传感器DS18B20由于声音的速度在不同的温度下有所不同，因此为提高精度，应通过温度补偿对超声波的传播速度进行校正。
系统采用DS18B20传感器测量温度，DS18B20 温度传感器具有不受外界干扰、精度高、测温范围宽等优点。
单片机口接DS18B20 数据总线，控制DS18B20 进行温度转换和传输数据，数据总线接10 kΩ的上拉电阻，作用是使总线控制器在温度转换期间无需一直保持高电平。
AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计
AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计0 引言超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，它是由与介质相接触的震荡源所引起的，其频率在20kHz以上。
由于超声波的速度相对于光速要小得多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而利用超声波测距在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括无损检测、过程测量、机器人测量和定位，以及流体液面高度测量等。
利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现，并且测量精度高。
1 系统设计超声波测距的最远距离和分辨能力，不仅需要良好的换能器，也需要合理的驱动电路及回波探测电路。
对发射而言，为了使电能到机械能的转换效益最大，换能器必须工作在它的共振频率处。
对接收电路而言，为了使机械能到电能的转换效率最大，最佳工作点必须取在反共振频率处，在传感器系统中，发射部分的共振频率要与接收部分的反共振频率相匹配。
同时，温度对声速有着较大的影响，温度补偿无疑是减少误差的很好方法。
本设计选用T40-16T／R超声波传感器，设计了一种以AT89C2051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。
为了进一步提高系统测量精度和系统稳定性，在硬件上增加了温度传感器测温电路，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，降低了温度变化对测距精度的影响。
有力提高了超声波测距系统的测量精度。
设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块、温度测量补偿模块等五个模块组成，组成框图。
超声波发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送，超声波接收电路输出端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接。
单片机在TO时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。
计算时间差即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。
2．1 超声波测距单片机控制系统单片机AT89C2051采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。
具有温度补偿功能的超声波测距系统设计
具有温度补偿功能的超声波测距系统设计超声波测距系统运行过程中，环境温度会对测距系统的测量精度造成较大影响，为了降低环境温度波动对超声波测距系统精确度的影响，需要在测距系统中增加温度补偿系统。
在具有温度补偿功能的超声波测距系统设计中，本文以单片机为控制核心，并使用温度传感器进行环境温度测量，从而实现在不同环境温度下的超声波波速确定，提高测量精度。
标签：温度补偿；超声波测距系统；单片机0 引言相较于其他测距方式，超声波测距具有更高的电磁抗干扰能力，并且对空气质量和环境光照强度要求更低，另外由于超声波测距属于非接触测距技术，用途更加广泛，同时超声波测距系统可靠性更高，制造运行所需的成本更低，当前已经取得广泛使用。
但是超声波对温度较为敏感，通过研究发现，当环境温度升高1℃时，声速下降0.607m/s。
1 超声波测距系统工作原理超声波测距系统工作过程中，由超声波发射系统发出超声波，由接收系统接收反射回的超声波，当超声波发出后，测距系统中的计数器开始同步工作，当接收器接收到第一个反射信号后，计时停止，通过当前环境温度下的声速与计时时间的相乘计算即可实现距离测量。
而要确定不同环境温度下的声速，可以通过以下公式确定声速：在超声波测距系统设计中，可以将声速公式代入到距离计算公式中，则可通过环境温度和计时时间确定距离。
在具有温度补偿功能的超声波测距系统设计中，在超声波测距系统中加入温度传感器，并将测得的环境温度传入单片机，由单片机中的程序进行距离计算，通过显示屏进行距离显示，在系统运行中，由于充分考虑了环境温度因素，所以可以极大提升超声波测距系统的精确度[1]。
2 具有温度补偿功能的超声波测距系统设计2.1 温度补偿系统设计温度补偿系统中最重要的就是温度传感器选取和与系统的连接，需要保证温度传感器有较高的灵敏度和较强的抗干扰能力，在完成温度测量后，将测量值输入单片机中，由相关程序进行距离计算。
本文选取了DS18B20温度传感器，传感器结构为两条数据总线，这两条总线能够实现温度转换和数据传输功能，在温度传感器运行过程中，可以将数据总线直接与单片机进行连接，将测量到的数据输入单片机中，在该过程中不需进行A/D转换，并且另一条数据线用于传输温度转换指令和读写指令。
基于温湿度补偿的超声波测距系统的研究
在进行基于温湿度补偿的超声波测距系统研究时，需要全面评估温湿度对超声波传播的影响。
我们来探讨温湿度对超声波传播的影响。
温度和湿度会改变空气中声速的大小，进而影响超声波在空气中的传播速度和路径。
研究中需考虑温湿度变化对超声波测距系统的测量精度和稳定性的影响。
在撰写研究的文章时，我们将采用从简到繁、由浅入深的方式来探讨主题。
简要介绍超声波测距系统的基本原理和应用领域，然后深入探讨温湿度对超声波传播的影响，以及温湿度补偿的原理和方法。
我们将详细分析基于温湿度补偿的超声波测距系统的研究现状和发展趋势，最后总结回顾相关内容，共享个人观点和理解。
超声波测距系统是一种利用超声波在空气中传播的时间来实现距离测量的技术。
温湿度对超声波传播的影响主要体现在两个方面：一是温湿度会改变空气中声速的大小，影响超声波传播的速度；二是温湿度变化会引起超声波在空气中的散射和衰减，影响超声波传播的路径和稳定性。
针对温湿度对超声波传播的影响，研究人员提出了基于温湿度补偿的超声波测距系统。
这种系统可以通过对温湿度进行实时监测和测量，利用补偿算法来实现对超声波测距误差的校正，从而提高测量精度和稳定性。
常用的温湿度补偿方法包括基于实时监测数据的修正算法和基于模型预测的补偿算法。
当前，基于温湿度补偿的超声波测距系统的研究主要集中在以下方面：一是温湿度对超声波传播影响机理的深入研究；二是温湿度补偿算法的改进和优化；三是基于温湿度补偿的超声波测距系统在工业、军事和民用领域的应用探索。
基于温湿度补偿的超声波测距系统的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
但目前仍存在一些挑战和难点，如温湿度变化导致的超声波传播不确定性问题、温湿度补偿算法的精度和实时性等方面需要进一步研究和解决。
个人观点上，我认为基于温湿度补偿的超声波测距系统是一个具有潜力和前景的研究领域。
随着传感器技术和智能算法的不断发展，相信这一领域将迎来更多的创新和突破，为超声波测距技术的应用提供更多可能性。
基于温度补偿功能的超声波测距系统设计
基于温度补偿功能的超声波测距系统设计【摘要】设计了一款基于单片机的带有温度补偿功能的高精度超声波测距仪，利用超声波反射特性对障碍物进行测距。
由STC12C5206AD单片机、发送模块、接收模块、温度补偿模块、时钟模块、电源模块和显示模块等7部分组成。
实验结果表明该测距仪性能可靠，测量精度较高。
【关键词】超声波;测距;传感器;温度补偿目前，非接触式测距仪采用超声波、激光和雷达。
但激光和雷达的难度大、成本高，不利于普及应用，在某些应用领域有其局限性，相比之下，超声波方法具有明显的优势，因此超声波方法作为非接触监测和识别的手段，已经越来越引起人们的重视。
超声波是一种频率大于20kHz具有方向性好、指向性强、传播能量大、遇到杂质或界面会产生反射波等特点的机械波。
在机器人避障、导航系统、机械加工自动化装配及检测、自动测距、无损检测、超声定位、汽车倒车、工业测井、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用[1]。
一、超声波测距原理当要计算某物体通过的一段路程时，只要知道物体运动的速度和所经历的时间，就可以计算它通过的路程。
利用超声波测距的方法有多种，如渡越时间检测法、相位检测法和声波幅值检测法。
相比较而言，渡越时间检测法测量时间和精度都较高，并且电路设计不复杂，因此本设计采用渡越时间检测法。
图1 超声波测距原理图超声波测距的原理如图1所示。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
根据接收器接到超声波时的时间差就可以计算出距被测物体的距离：d=s/2=（V×t）/2[2] ①其中d为被测物体到测距仪之间的距离，s为超声波往返通过的路程，V为超声波在介质中的传播速度。
T为超声波从发射到接收所用的时间。
超声波的传播主要受空气密度的影响，空气密度越高其速度越快，而空气密度和温度有着密切的关系。
表1为超声波在不同温度下的波速值。
带温度补偿的360_超声波测距测速系统设计
收稿日期: 2010-04-15基金项目: 梅州市科学技术局、嘉应学院联合自然科学研究重点基金资助项目( 2009KJZ04 ) ; 梅州市科技计划重点基金资助项目( 2009A21)作者简介: 朱向庆( 1979- ) , 男, 广东梅州人, 讲师, 硕士, 主要研究方向为短距离无线通信、检测技术与自动化装置。
陈志雄( 1980-) , 男, 广东梅州人, 实验师, 硕士, 主要研究方向为嵌入式系统、数据挖掘。
文章编号: 1004- 2474( 2011) 02-0315- 05带温度补偿的360b超声波测距测速系统设计朱向庆, 陈志雄( 嘉应学院电子信息工程学院, 广东梅州514015)摘要: 采用ST C12C5A60S2 单片机控制超声波测距模块和减速步进电机, 利用超声波的反射特性进行360b范围的距离测量, 结合温度补偿算法计算系统到被测物体的距离和相对速度。
系统使用nRF24L01 无线通信芯片将测得的数据传输给计算机, 在计算机中用Visual Basic 编写的终端监控程序进行数据处理和图像显示, 并控制系统的旋转角度、测量频率和测量范围。
关键词: 超声波测距; 超声波测速; STC12C5A60S2; nRF24L01中图分类号: T N914; T P274 文献标识码: ADesign of 360b Ultrasonic Ranging and VelocityDetecting System with Temperature CompensationZHU Xiangqing, CHEN Zhixiong( S chool of Elect ronic and Inf ormat ion E ngineering, Jiaying U niver sit y, Meizhou 514015, China)Abstract: Single chip micr ocomput er ST C12C5A60S2 was used to contro l ultr aso nic distance measurementmodule and gear stepping mo tor in this paper. The reflection char act er istics of ultrasonic w ave w as used to measur edistance in the range of 360b; the distance and relative velo city between the system and measur ed object was calculatedwith tem per at ur e compensatio n method. At the same time, w ireless communication chip nRF24L01 w as used totransfer measur ed data to com puter. Visual Basic w as used to process data and display image in term ina l monito ringpr og ram, so as t o contro l the r otatio n ang le, measuring frequency and measuring range o f sy stem.Key words: ultrasonic r ang ing; ultr aso nic velo city detecting; STC12C5A60S2; nRF24L010 引言超声波是频率高于20 kHz 的声波, 其波长短,方向性好, 穿透能力强, 易于获得较集中的声能, 在水中传播距离远。
基于温度补偿的超声波倒车测距仪的研制
基于温度补偿的超声波倒车测距仪的研制
超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，根据超声波
这些特性进行障碍物有效距离的探测已在很多领域得到应用。
不过，超声波在
空中传播速度深受温度的影响，若不考虑此项因素，测量的精确度很难得到保证。
在这一汽车倒车测距仪的研制中，充分考虑到环境温度对超声波传播速度的
影响，通过温度补偿方法予以校正,具有较高的测量精度，并能实时显示及语音
播报车后障碍物距离,让司机视听结合，更加人性化。
整机电路具有结构简单、
工作稳定可靠、测量误差小等特点。
超声波倒车测距仪整机电路本系统整机电路采用单片机AT89S52 做主控单元，其他部分包括超声波发射模块、超声波接收模块、DS18B20 温度补偿模块、液
晶显示模块、语音播报模块等。
整机框架如图1 所示。
图1 系统框架
1 超声波发射模块采用NE555 芯片产生40kHz 的振荡方波，单片机通过NE555 复位端来控制超声波的发送。
由于NE555 最大能够产生200mA 的输出电流，发射信号功率有限，需经NE5532AF 构成的功率放大电路后，产生足够
的功率推动超声波的发射，这样才能满足发射距离的要求。
超声波发生电路如
图2 所示，功率放大电路如图3 所示。
图2 超声波发生器
图3 功率放大电路
2 超声波接收模块采用LM567 锁相环电路，当接收信号在LM567 的锁定频率范围内时，LM567 的输出端会从高电平跳变为低电平，此信号作为单片机的
中断信号，从而超声波从发射到接收的时间差即可得到准确测量。
根据公式。
基于温度补偿的超声波倒车测距系统的设计
本 系统 采用单 片机 Ａ ８Ｓ２做 为 主控单元 ， Ｔ ９５ 其它 部分还包 括 有发射模 块 、接 收模块 、Ｄ ＩＢ ０温 度补偿 模块 、显示模 块 Ｓ８２ 和语音播 报模块 。系统 整机 原理框 架如 图 １ 示 。 所
１２ 单元 设计 ＿ １ ． 单 片机 系统及 显 示 电路 的设 计 ．１ ２
据 理论推测 ，系统 的理论 测量 精度 可 以达到毫 米级 。
１ ． 超 声波发射模 块 ．２ ２
收稿 日期 ：２ １ — ２ ２ ００ １— ６
作 者简 介 ：陆冬 妹 （ ９４ ，女 ，广 西武 呜县 人 ，硕 士 ，主要从 事通 信电子 电路 、通信原 理 、现代 通信 网络技 术 研究 。 １７一）
１ 温度补偿 的超声波倒 车测距 系统硬件设计
超声 波是 人耳 昕不 到 的一 种声 波 ，其传 播速 度仅 为光 波 的百万 分之 一 ，纵 向分辨 率 较高 ，对 色彩和
光照度不 敏感 ，可 以直 接测 量较 近 目标 的距 离 。并且 超声 渡对外界 光线 和 电磁场 不敏感 ，可 以用于黑 暗 、
本 系统 主要用 Ａ ８Ｓ ２ 片机作 为 主控单 元 。 Ｔ ９５ 单 在本 设计 中 ，
采 用 Ａ ８ Ｓ ２单 片机来 驱动 、控制 液 晶显示器 ，单 片机首先从 Ｔ ９５
输 出端 口输 出超声 波然后 经 过 ７ Ａ Ｓ４转化 为 ４ Ｈ 方波 信 ４ Ｌ０ ０ｋ ｚ 号 ，在方波 信号发 送 出去后 ，再用 外 中断端 口检测返 回的超 声
人性化。
关键词 ：超声波 ；温度补偿 ；单片机 ；测距 系统
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ３ Ｐ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １０ — ８ Ｘ２ １）２ ０ ２ — ４ ０ ７ ９ ４ （ １ — ０ ６ ０ ０ ０
用LM92温度传感器补偿的高精度超声波测距
用LM92温度传感器补偿的高精度超声波测距magicchip 发表于 2008-4-9 16:21:00摘要: 本文利用温度传感器进行温度的测量，通过测量当前的温度对超声波传播速度进行补偿得到一个稳定、精确的超声波测距系统，阐述了设计原理和具体实现的方法。
关键词: 测距；超声波；温度传感器超声波测距原理超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为：L=C×T式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。
超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。
由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。
在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。
通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。
超声波测距误差分析根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。
时间误差当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s (20℃室温)，忽略声速的传播误差。
测距误差s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s 即2.907ms。
在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm 的误差。
使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。
基于温度补偿的超声波测距设计
·1 4 ·
计量技术 20071No 7
由于芯片采用 1 - wire 总线方式 ,不需要外围 调理电路 ,可以和单片机直接相连 ,控制简单易行 。 单片机可以实时读取温度的数值 ,从而计算出该温 度下的超声波速度 ,完成对超声波速度温度的补偿 。
4 控制部分
该部分以 A T 89C51 单片机为核心 ,是本系统 的重点 ,要实现各部分电路的控制和响应 。实现环 境温度的采集 ,控制超声波的发射 ,液晶屏的显示 。 A T 89C51 的 P1 口与液晶显示屏连接 ,电压比较器 的输出端和外部中断 IN T0 相连 ,P010 与 CMOS 多 谐振荡器的控制端相连 。A T89C51 首先通过数字 温度传感器 DS1820 读取环境温度的值 ,通过软件 使 P010 口输出高或低电平 ,从而控制超声波的发 射 。P011 通过一个开关二极管 IN4148 与比较器的 基准电压产生电路连接 ,发射超声波时置 P011 为 “1”,输出的电平可以抑制比较器的翻转 ,从而能有 效地抑制发射器发射的超声波直接辐射到接收器而 导致错误的检测 。同时 ,它使系统在发出超声波时 T0 开始计数 ,在收到反射波时停止计数 ,得到回波 时间 ,并结合环境温度值计算测得的距离 ,控制液晶 屏显示当前结果 ;另外 ,还可设置报警临界值 ,当实 测距离小于临界值时就发出报警信号 。
5 结束语
本系统利用超声波传感器实现无接触式空气 测距 ,并充分考虑到测量环境温度对超声波传递 速度的影响 ,通过温度补偿的方法对传递速度予 以校正 ,因此具有测量准确度高 、抗干扰能力强 、 反应速度快等特点 。通过与不同的标准距离进行 反复的对照测试 ,其误差约为 2～3mm ,最大测距 可达 10m ,适用于各种水文液位测量 、障碍物的识 别以及车辆自动导航等领域 ,因此具有广阔的应 用前景 。
具有温度补偿功能的超声波测距系统设计
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电子电路设计与方案基于温度补偿的超声波精准测距智能车的设计作者/聂琼、严云炜、秦明明、刘涛，苏州农业职业技术学院基金项目：2016年江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(201612808018Y )。
文章摘要：介绍一种基于温度补偿的超声波测距器的设计，根据功能需求分析，进行方案设计，着重阐述了硬件设计和软件设计。
不同于 一般的超声波测量器，本测量器增加了温度补偿功能，能根据当前的室温更精确的检索出超声波在当前时段的传播速度，从而大大増加了 测量的精准性。
关键词：温度补偿；超声波；智能车；设计概论在当今世界，随着科技的的发展，高新技术的不断涌现， 对于测量读数也越发的高要求，不断的追求更加精准的读 数，才能得到准确的结果。
然而市场上大多数的超声波测 距仪依旧是多年前的简单结构，虽然胜在稳定，但是也牺 牲了读数的精准性。
超声波测距仪在很多时候作为重要的 地形探测器使用，在对于未知黑暗环境中的探索时，读数 的误差可能会带来探索的困难甚至危险。
本测距仪运用了 温度补偿，大大降低了误差，使得读数更加精确，并在小 车上搭载了本测距仪，寓教于乐，激发更多同学对于电子 及智能汽车行业的热爱。
1.功能需求该温度补偿的超声波精准测距智能车，可以对正前方的障碍物进行超声波测距并且用数码管或液晶1602显示，当 距离为小于一定数值时，小车将转向，并且报警，还有定时 语音播报功能。
同时具有温度补偿功能，使测量数据更为精 准。
小车动力驱动利用电机驱动，信息处理和控制利用单片 机作为核心控制器。
图1系统硬件组成V C CC 10104—1—□R 110kY LV LIO 2i rrM 2IO 1V C CG N DC 9104=±C 310^FC 522pY 10 212MG N D •-14P 3.515P 3.616171819C 422pP 1.0V C C P 1.1P 0.0P 1.2P 0.1P 1.3P 0.2P 1.4P 0.3P 1.5P 0.4P 1.6P 0.5P 1.7P 0.6R S TP 0.7P 3.0E A P 3.1A L E P 3.2P S E N P 3.3P 2.7P 3.4P 2.6P 3.5P 2.5P 3.6P 2.4P 3.7P 2.3X T A L 2P 2.2X T A L 1P 2.1G N DP 2.0IC I A T 89S 5239D B 038D B 137D B 236D B 335D B 434D B 533D B 632D B 73130292827P 2.626P 2.525P 2.42423P 2.222P 2.121P 2.0-•400122 0图2 MCU 电路 |11电子电路设计与方案VCCR810kGND2.系统方案设计超声波精准测距器的硬件主要由超声波测距模块、温度 传感器模块、MCU 微处理器单元、语音播报模块、蜂鸣报 警单元、LED 显示单元等组成。
小车的运行由AT 89S 52芯 片作为核心控制器，测距和测温由超声波传感器和温度传感 器来进行数据采集，显示装置则由LCD 液晶构成的电路来 完成，输出信号则有语音播报电路和报警电路组成，如图1 所示。
3•硬件电路设计■ 3.1 MCU 电路基于温度补偿的超声波精准测距智能车的核心控制器MCU 此次采用的是AT 89S 52芯片，共40引脚。
P 0 口连接至液晶LCD _1602的引脚上，P 2.4 口则用来输入DS 18B 20 温度传感器传过来的信号，P 2.5和P 3.3分别接在超声波发 射端和接收端。
AT 89S 52使用经典的MCS -51内核，单做 了很多改进使得芯片具有很多传统51单片机不具备的功能。
而且功耗低、性能好和在在片内集成8K 的Flash 程序存储 器，使得编程更加灵活。
■ 3.2 LCD 液晶显示模块液晶显示模块采用的是LCD _1602模块，可以用来显 示超声波测量的距离，温度传感器测出的温度等。
可以显示 16X 2共32个字符，其每个字符位之间都有一个点距的间 隔，可以清晰的显示当前温度以及测量距离。
具体电路如图 3所示。
图3 LCD 液晶显示模块电路■ 3.3测温模块测温模块主要负责采集温度，并且将温度信号传输给 单片机，由单片机将温度对测距造成的误差进行补偿。
温 度传感器主要运用的是DS 18B 20,测温范围之-55摄氏度12 |电子制作2017年2-3月图4测温模块电路~+125摄氏度，色温分辨率可达0.0625摄氏度。
对其采用 外部供电，这样总线控制器能无需再温度转换期间_直保持 高电平，这样可以允许在转换期间在单线和总线上进行数据 传输。
此传感器耐磨耐碰，体积小，价格低廉，广泛适用于 各种非极限温度的场合。
■ 3.4超声波测距模块超声波测距由超声波发射和接收芯片组成，芯片选用CX 20106A ，此芯片有很高的敏感性及抗干扰能力，但是能接收40MHz 信号。
信号从超声波接收头发出经过芯片放大 后传给单片机。
此模块主要通过超声波和超声波返回的时间 来计算实际的距离。
图5超声波测距模块4.系统软件部分超声波精准测距器的软件程序主要包括温度传感器初始 化模块程序、超声波发送和接收程序、根据温度的距离测算 程序、中断子处理程序、LED 显示程序、蜂鸣报警程序、 小车避障程序、驱动控制程序等。
如图6,当启动开关按下 以后，开始进行单片机和温度传感器的初始化，然后运行温 度传感器测量当前温度，同时发送超声波，当超声波回馈时 间过长于量程之外则不予显示，同样于盲区之内是也不予显 示，在判定在正常测量距离之内时在LED 屏上显示数据， 同时LED 屏上显示温度数据，并进行语音播报，进行完毕VCC T I R7IC34.7k3VD DQ GNDP2.42W1GN dDS18B20W13V 13S Q 9a Q S Q S Q e a QS Q S Q o a Q a t2O AOO ASSA电子电路设计与方案图6主程序流程图后重新进行单片机和温度传感器的初始化。
5•结论本文介绍了一种基于STC89C52单片机系统的超声波 精准测距的设计。
对温度的监测有效的减少了超声波测距的 误差，大大提高了精度，使得超声波测距器的可靠性提升_个档次。
对需求精度较高的场合提供了帮助，减少了不必要 的损失。
实验数据表明，测量距离为10米的距离，最大的 测量误差为0.26米，最小的测量误差在0,测量误差在2.6% 左右，如表1测量数据所示。
本系统安全可靠，具有体积小、结构简单、成本低廉、抗干扰能力强、精度高等优点。
为了 明了的显示本测距器的优点，于最后用本测距器对比市场上 普通的超声波测距仪的灵敏度。
表1测置数据温度-100102030误差m/10m0.130.260.1900.2参考文献氺[1]求实科技.单片机典型外围期间及应用实例[M].北京人民邮 电出版社，2001.氺[2]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京人民航空航天大学 出版社，1999.*[3]刘文涛.单片机语言C51典型应用设计[M].北京人民邮电出 版社.2005.氺[4]顾镇宇，刘鲁源，杜振辉.DS18B20接口的C语言程序设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2002 (7) :22-24.(上接第10页）原本需要大量练习才能熟练完成的制作任务，3D打印机只 需要从设计文件里获得运行指示，即可制作同样复杂的物品，大大降低了航模设计制作的门槛。
在固定翼航模或无人机原 型机设计过程中，使用3D打印可以快速且低成本的制作原 型机，从而大大降低多次迭代设计原型机所需要的人力、物 力、财力与时间。
当前3D打印技术在固定翼航模的设计制作中已经开始 发挥日益重要的作用，随着3D打印设备的改进和普及，3D 打印材料性能的提高，未来必将为固定翼航模乃至无人机的 设计制作提供更加高效的技术支持。
参考文献氺[1]杨书卷.3D打印：酝酿制造业革命的前夜[J].科技导报.2012(26)氺[2]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新 技术企业•2012(26)氺[3]3D打印：梦想悄然照进现实[J].硅谷.2012(20)氺[4]董峰，常佶.基于STM32微控制器的小型无人机飞行控制系 统[J].自动化应用.2011(05)氺[5]刘春，曹硕，王志超.一种固定翼飞机飞行仿真动力学组件的 开发[J].计算机仿真.2013(04)木[6]曾刘苏.航模飞机实时定位及飞行轨迹记录方法研究[J].计 算机测量与控制.2012⑴6)氺[7]刘培强，曾国贵，黄海，沈建平，祖家奎.航模直升机飞行控 制系统的设计与实现[J].直升机技术.2009(04)氺[8]薄文娟.国内外无人机系统的研究现状[J].通讯世界.2016(24)氺[9]柯帅.可垂直起降的高速飞行航模无人机的研究[J].科技创 新导报.2015(20)氺[10]陈西广，董罡，王滨海，田兵，乔耀华.固定翼无人机巡检输 电线路探讨[J].山东电力技术.2011(05)氺[11]陈贻国，钱金芳，潘曰敏.一种基于STM32的航模直升机飞 控系统设计[J].电子器件.2012(01) 丨13。