Abstract：Bytheadvantagesofhighdirectivity，slowenergyconsumptionandlongpropagationdistanceinthemedium，theultrasoniciswidelyusedinthedistancemeasurement.Comparedwithotherdetectionmethods，asacontactlessdetectionmethod，theultrasonicisnotaffectedandcontrolledbythelightandthecolorofthemeasuredobjectinthedetectionprocess.Thispaperintroducestheprincipleandmethodofthevelocityanddistancemeasurementbytheultrasonic.TakingSTC89C52RCastheprimarycontroller，theultrasonicdrivesignalislaunchedbythetimerand12864LCDdisplayandISD4004voicebroadcastofthemeasuringresultsarerealizedbythedynamicscanningmethod.
Keywords：ultrasonic；distanceandvelocitymeasurement；singlechip；LCD；voicebroadcast
0引言
近年来，为了满足导航系统、工业机器人自动测距等方面的需要，自动测距的重要性逐渐显示。超声波技术已成为一门以物理、电子、机械及材料科学为基础的、各行各业都要使用的通用技术之一。
1超声波测距测速的原理
超声波测距的方法有多种，主要包括：相位检测法、声波幅值检测法等。其中，相位检测法的检测精度比较高，但是检测范围有限；声波幅值检测法在检测过程中容易受到反射波的影响和制约，检测精度不高。
2系统硬件、软件设计
单片机是本系统的控制核心部分，采用宏晶科技推出的STC89C52RC芯片。发射电路采用74LS04六反向器，通过它对单片机产生的方波信号进行放大。接收处理电路采用的是CX20106A电路、LM358电路和LM567锁相电路，通过接收电路对接收到的信号进行增益放大和锁相整形，最终再输出稳定准确的脉冲给单片机。显示部分采用了型号为FG12864E的单色128×64点阵液晶显示模块，利用了该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令；采用动态扫描的方式，通过单片机译码，实时显示测量的距离或速度值。语音播报部分采用美国ISD公司推出的ISD4004语音芯片，与液晶显示配合实时的对测量的距离或速度值进行语音播报。
超声波测距测速仪原理框图如图1所示。
3误差分析
超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时产生较大的误差；二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用。
4结论与展望
本系统有效的测距范围是2cm～3.0m，测距精度±1cm，较好地实现了预定的功能。是微电子产品应用的一例，符合测量工具小型化、集成化、智能化的发展要求，希望本课题的研究能够对传统测量工具的改进和创新有一定的作用。
由于设计经验的不足和所掌握知识的限制，系统的某些功能设计构想还没有完整的表达出来，硬件电路、软件部分都还存在着不足和需要改进的地方。
可以相信，随着超声波传感器机械结构的改进和制作工艺的提高、驱动电源与接收电路设计的完善以及测量方法的更新，超声波测距测速系统的适用范围还会进一步扩大。
参考文献：
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[2]李丽霞.单片机在超声波测距中的应用[J].电子技术，2002（06）：7-9.
[3]王安敏，张凯.基于AT89C52单片机的超声波测距系统[J].仪表技术与传感器，2006（06）：44-49.
关键词：超声波测距技术；汽车维修；检测
前言
1超声波测距技术原理
2超声波测距技术在汽车维修与检测中的应用
2.1在单元电路设计中的应用
2.2在软件设计中的应用
超声波的发射和接受程序软件，在汽车维修和检测中经常用到，例如，计时器的开始计时和结束计时，是通过超声波的发射来启动计时程序，主要是采用超声波发射序列来实现定时的功能，再通过外界方波的序列终端计时程序，使计时结束；液晶显示程序软件，是与超声波有着密不可分的联系，尤其是显示器上的颜色指示灯，可以根据超声波的超差距离、实测距离、合格距离等综合判断来显示不同颜色的指示灯，明确的表示出汽车的检测状态。
2.3超声波在汽车检测中的设计方案比较
3影响超声波测距技术的因素
3.1温度
在应用超声波测距技术的过程中，需要充分的考虑温度对其的影响，如果汽车维修人员在采用该技术进行检测的过程中，忽略了温度，将会严重的影响到检测结果的准确性。主要是由于温度的变化会影响到超声波的传播速度，并且温度越高，超声波的传播速度会越快，进而影响到计算结果的准确性[5]。因此，在采用超声波测距进行检测的过程中，需要根据大气的温度，确定超声波的传播速度，再进行计算，这样才能够确保检测结果的准确性。
3.2接收脉冲的变化
接收脉冲的变化也对超声波测距技术检测的准确性具有影响。由于超声波具有衰减的特征，而在实际的检测中，在接收脉冲的过程中，存在着一定的延时性，这样在具体的对超声波进行计算的时候，就会出现一定的误差，影响到计算结果的准确性。因此，在汽车维修检测的过程中，需要充分的考虑到接收脉冲的变化。
3.3信号传递中的漫反射
由于在超声波传播的过程中，会受到物体的影响导致漫反射问题的出现，进而影响到检测的结果。因此，要想在实际的测量中避免这类问题的出现影响到检测的准确性，需要根据实际的检测地点，选好检测的角度，尽量的减少信号传递过程中的漫反射，有助于检测结果的准确，为汽车维修工作提供有效的数据依据[6]。
3.4直达波的影响
在利用超声波测距技术进行检测的过程中，还会受到直达波的影响，由于一部分脉冲会被测物体传播并反射到接收头，而另一部分脉冲会直接传播到附近的接收头，进而导致测量误差的出现，如果在进行结果计算的过程中，采用该种结果进行计算，会严重的影响到检测结果的准确性，不利于检测工作的顺利开展。
4结束语
本文主要针对于超声波测距技术在汽车维修与检测中的应用进行了具体的分析和研究，通过本文的探讨，我们了解到，在汽车维修行业应用超声波测距技术的时候，需要全面的了解其原理及其影响超声波测距技术的各种因素，进而根据汽车维修和检测的实际特点，在检测的过程中对于各种影响因素进行规避，能够有效的减少测量误差的出现，提高检测的准确性，使超声波测距技术更好的为汽车维修工作服务，促进汽车维修工作的顺利进行。
参考文献
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关键词：MSP430低功耗测距
1引言
本文提出一种基于MSP430芯片的超声测距系统方案，在硬件上设计了高效率的供电电路，并选择低功耗器件组建系统，在软件上进行低功耗设计，使系统在不超过21mW的功耗下完成8米以上的距离测量，同时系统具有LCD显示、红外通讯、HART通讯、4～20mA输出等功能，可以直接应用在实际产品中。
2总体方案介绍
该系统采用MSP430F5659芯片作为主控模块，对设备进行驱动。LCD显示部分采用了ST7565R控制器的FSTN液晶屏，该液晶屏的典型工作电流为0.15mA。参数输入采用红外遥控的方式，红外接收芯片采用IRM3638L芯片，典型工作电流为0.33mA。模拟量输出采用ADI公司的AD421进行设计，典型工作电流为0.65mA。HART通讯采用AMISemiconductor公司的A5191HRT型HART调制解调器，典型工作电流为0.33mA。该系统设备总耗电电流为1.46mA，加上单片机正常工作时的功耗，该系统控制部分的功耗不高于9mW。超声波换能器的驱动电路部分采用限流1mA的方式给储能电容充电，驱动电压为12V，该部分的功耗为12mW。
3系统硬件电路设计
3.1系统主控芯片的选择
为了降低系统功耗，主控芯片本身必须拥有较低的功耗，同时要集成较多的模块资源以节省器件产生的功耗。TI公司的MSP430系列低功耗16位单片机被广泛应用在低功耗场合，性能稳定。其中MSP430F5659芯片片内集成了64KBSRAM，512KBFLASH，12位ADC模块，可以满足系统方案对资源的要求，并留有一定的升级空间。
3.2按键和LCD显示电路设计
LCD采用TOPWAY公司的LM6029ACW显示屏，驱动芯片为ST7565R，典型工作电流为0.15mA，LCD设置数据传输为并口传输，优点在于传输速度快，减少拖屏现象。
该系统采用独立式按键设计，通过四个拥有中断功能的IO口连接四个按键，完成了确定，取消，左移，右移的按键功能，实际应用中这种按键方式可以降低操作难度，能够让客户尽快熟悉产品的操作方法。
3.34～20mA输出和HART通信电路
该部分电路主要由两个芯片组成，一个为4～20mA输出控制芯片AD421，另一个为HART信号调制解调芯片A5191HRT，这两个芯片配合组成的应用电路可以将测得的物位信号转换为标准的工业4～20mA电流输出信号，并在电流信号上叠加HART通信信号。
3.4其他电路设计
3.4.1温度检测电路
在影响超声波测量的各种因素中，温度的影响最大。因此在超声测距系统的设计中，必须进行温度补偿。本设计采用的MSP430单片机片内集成了温度传感器，在精度要求不高或温度变化不频繁的场合可以直接采用单片机内部温度传感器对温度进行补偿。同时为了解决芯片自身发热以及系统温度和环境温度不同的影响，系统还预留了外置温度传感器的接口，可以和DS18B20温度传感器进行连接从而对环境温度进行检测。
3.4.2红外通信电路
采用二线制供电的超声测距系统在进行产品设计时一般为一体式仪表，这种仪表防护等级高，对仪表进行操作时需要打开仪表的防护罩，为了减少操作时的麻烦，有必要设计红外通信电路通过红外遥控对系统进行操作和参数设计。本设计采用Everlight公司的IRM3638L芯片作为红外接收芯片，其典型工作电流为0.33mA，可以满足系统低功耗的要求。
3.4.3参数存储电路
本系统采用ATMEL公司生产的串行EEPROM芯片AT24C16作为系统参数和部分数据的存储芯片。AT24C16采用8引脚封装，并且与AT24C64、AT24C512等大容量EEPROM芯片引脚兼容，在需要更大存储空间时可以方便的进行替换。
3.5超声波驱动电路
4实验数据及测试结果
测试内容：采用本系统的硬件电路设计完成两套样机，并对两套样机在实验室进行了距离测量验证。样机进行温度补偿并进行误差校正后得到了以下测试结果，如表1所示。
测试发现，两台样机的一致性较高，测量误差不超过量程的1%。盲区可以通过程序控制在0.3m以内，实际测量在8m时有效回波仍然可以达到500mV以上。
关键词：超声波，测距系统，方案
Abstract:withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,inthemeasurementfield,thehigheroftheultrasonicwavesareused,thispapermainlystudiesaiscomposedofTDC-GP2chipandATMMCUcoredeviceprecisionultrasonicrangingsystem,andtheyhopetobehelpful.
Keywords:ultrasonicrangingsystem,scheme,
一、引言
二、超声波测距系统的构成
超声波测距系统构成如图1所示。控制芯片选用ATMEGA8A，它是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVRRISC结构的8位单片机，自带SPI接口，可以达到接近1MIPS/M的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。
图1超声波测距系统构成图
超声波测量部分由TDC-GP21、超声波探头、发射控制电路、温度传感器、超声波信号处理电路等组成。
温度测量选用DALLAS公司的DS18B20数字式温度传感器，它通过输出9位(二进制)数字来直接表示所测量的温度值，温度值是通过DS18B20的数据总线直接输入CPU，无需A/D转换，而且读写指令、温度转换指令都是通过数据总线传入DS18B20，无需外部电源。
s=1/2ct(1)
由于超声波的声速和温度有关，在测距精度要求高的场合需要通过温度补偿的方法加以校正。不同温度下超声波在空气中的传播速度随温度变化关系为:
c=331.4+0.61T(2)
式中:T为实际温度。
图2计时芯片配置电路图
图3测量范围2时序图
TDC-GP21有两种时钟，包括作为内部定时器的32kHz时钟和外部高速时钟，供不同工作模式选择。在测量范围2中，作为前置配器的外部高速时钟一般采用4MHz陶瓷晶振。借助于TDC-GP21提供的自校正原始数据(Cal1和Cal2)对时钟进行校正有利于减小因外部时钟抖动和温漂引起的TDC-GP21内部计数及延迟通道误差，有利于实现高精度的测距。
2.3、超声波测量系统的软件设计
由上面的系统工作过程说明可知，系统软件设计的核心工作是对TDC-GP21芯片进行控制和功能配置。软件编程的操作主要有两个步骤，分别是写寄存器的配置和初始化，以确定TDC-GP21的工作模式和寄存器的读取工作。首先对TDC-GP21进行寄存器配置，设置测量范围和通道2的采样次数，定义ALU的计算方法;然后初始化TDC-GP21、选通START和STOP2，TDC-GP21进入测量状态，等待START和STOP2信号;接收指令后进行测量，测量完成后单片机读取TDC-GP21测量数据。超声波测距系统程序流程图如图4所示。
图4超声波测距系统程序流程图
三、测量误差分析
四、结束语
[1]王安敏,张凯.基于AT89C52单片机的超声波测距系统[J].仪表技术与传感器.2006(06)
[2]张攀峰,王玉萍,张健,张开生.带有温度补偿的超声波测距仪的设计[J].计算机测量与控制.2012(06)
关键词:防撞系统;超声波;测距;单片机
中图分类号:TP29文献标识码:A
UltrasonicRangingBack-draftAnti-collisionAlarmSystemBasedonAT89C52
ZHANGHeng,LIUYajie
(WuhanUniversityofEngineering,Wuhan,430073,China)
Abstract:Usingsingle-chipAT89C52asthemastercombinedwiththeprincipleofultrasonicdistancemeasurementtorealizetheback-draftanti-collisionalarmfunction.TheintegratedchipsofCX20106AandDS18B20areseparatelyusedinthedetectionreceivingcircuitandthetemperaturecompensationcircuit,themutualdisturbancebetweencircuitisreduced.Themaximumdistancemeasurementerrorislessthan1cm,andtherangeofthesystemis10~300cm.Thissystemhassimplestructure,smallsize,easy-to-usefeaturesandsoon.
Keywords:CAS;ultrasonic;distancemeasurement;single-chipmicrocomputer
超声波作为一种频率超过20kHz的机械波,其指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播距离远,因此超声波测距法是最常见的一种距离测量方法。利用超声波检测距离,设计比较方便,计算处理也较简单,而且精度也较高[1]。本设计采用AT89C52单片机作为主控器,结合超声波测距原理,设计了汽车倒车防撞报警系统。该系统采用软、硬件结合的方法,具有模块化和多用化的特点。
1超声波的测距原理
本系统选用的是压电式超声波传感器。超声波测距原理有两种方式:共振式和脉冲反射式。因为共振式的应用要求复杂,在此使用脉冲反射式[2,3]。超声波测距原理如图1所示。
图1超声波测距原理图
图1中被测距离为H,两探头中心距离的一半用M表示,超声波单程所走过的距离用L表示,由图中关系可得:
H=Lcosθ
(1)
θ=arctan(M/H)
(2)
将式(2)代入式(1)可得:
H=Lcos[arctan(M/H)]
(3)
在整个传播过程中,超声波所走过的距离为:
2L=vt
(4)
将式(4)代入式(3)可得:
H=12vtcos[arctan(M/H)]
(5)
当被测距离H远远大于M时,cos[arctan(M/H)]1,в谑鞘(5)变为:
H=12vt
(6)
2系统的实现
根据设计要求并综合各个方面因素,可以采用AT89C52单片机作为主控制器,用动态扫描实现LCD数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器完成,其具体的系统框图如图2所示[5]。
图2防撞报警系统设计框图
该系统主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路等部分组成。采用AT89C52来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。其中超声波接收电路使用集成电路CX20106A,可用来完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能。显示器件采用的是LCD12864显示器,并选用D18B20温度传感器进行温度检测,实行温度补偿[6]。主控器AT89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8KB的系统可编程FLASH存储器。与AT80C51引脚和指令完全兼容。拥有1个8位CPU,1个片内振荡器及时钟电路,3个16位定时/计数器,21个特殊功能寄存器,4个8位并行I/O口,共32条可编程I/O端线,1个可编程全双工串行口,8个中断源[7,8]。
本设计的实物如图3所示。
3系统的软件设计
系统软件部分包括主程序、中断子程序和其他子程序[9,10]。主程序流程图如图4所示,其中中断子程序的核心代码如下:
voidTT()interrupt2
{
uinttemp;
TR0=0;
ET1=0;
flag=1;
temp=TH0*256+TL0;
if((temp>0)&&(temp
high_time=TH0;
low_time=TL0;
}
else
high_time=0;
low_time=0;
voidbeep()
unsignedchari;
for(i=0;i
delay(4);
BEEP=!BEEP;//BEEP取反
BEEP=1;//关闭蜂鸣器
delay(250);//延时
4结语
此倒车防撞报警系统,可以应用于汽车倒车等场合,提醒驾驶员在倒车时能有效地避开可能对倒车造成危害的障碍物和行人。本系统针对普遍存在的抗干扰性问题加强了软硬件处理措施。硬件方面例如把超声波接收电路用金属壳屏蔽起来,提高了系统的抗干扰能力;软件方面系统结合使用DS18B20温度传感器实现温度补偿矫正,使系统可以正常工作在任何温度下,误差都不会超过指定范围。并用带字库功能的LCD12864液晶实时显示距离,当满足距离条件时,蜂鸣器蜂鸣工作提示驾驶员,具有较强的实用性,且硬件结构简单,体积小,使用方便。但该系统的测量距离有限,只有在10~300cm距离内有效,需要进一步的改进和提高。
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