带温度补偿的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

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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。

1.1.2可选用AD590温度传感器

AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ时，输出电压O V随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使0V=273.2mV。或在室温下(25℃)条件下调整电位器,使0V=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。

AD590把被测温度转换为电流再通过放大器和A/D转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制。

通过查阅资料与比较分析可得： AD590需要和高精度ADC配合使用才能得到数据，优点是速度快，编程简单，缺点是是需要校准，电路复杂，成本高。DS18B20保证精度足够，电路简单成本低，但是编程复杂，转换速度慢，但关键的是DS18B20性价比高，如果广泛选用，所带来的社会效应比较好，有利于环保节能。

综上所述:由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一个芯片，与单片机连接简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，DS18B20不需要AD转换，精度高，电路简单且成本低，可行性好，经济性好，所以选用DS18B20。

1.2超声波传感器

1.2.1超声波传感器HC－SＲF04。选用HC-SR04集成发射与接收HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，其结构简单，使用单片机控制电路简单容易，而且价格便宜。该模块包括超声波发射、接收与控制电路。发射电路主要由Em78p153单片机、MAX232及超声波发射头T40组成，接受电路主要由TL074

运算放大器及超声波接收探头R40组成。实物如图如下

超声波发射电路

超声波接受电路

1.2.2选用MAX232芯片做发射电路

MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，如图所示，使用+5v单电源供电。MAX220–MAX249系列线驱动器/接收器，专为EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口设计，尤其是无法提供±12V电源的应用。

发射电路如图

1.2.3可选用TCT40-16T和一支超声波接收传感器TCT40-16Ｒ。TCT40-16T 可以发40 k Hz 左右的方波脉冲信号。信号由单片机端口提供，由于单片机端口输出功率不够，40 k Hz 方波脉冲信号需经功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求。TCT40-16Ｒ作接收传感器，经LM358 放大后进入LM567 进行锁相环检波。当LM567 的引脚输入合适的信号时，其引脚产生一个负跳变，在编程时将外部中断0 的中断触发方式设置为下降沿触发，就可以通过INT0 产生一个外部中断申请，由CPU 来检测并理。

1.2.3超声波发射电路

74LS04 是德州仪器生产的六反向器，总共有14 个引脚，引脚1A~6A 是输入端，引脚1Y~6Y 是输出端，另外还有两个分别是电源的正负Vcc 和GND 端