基于AT89C52超声波测距系统设计

吴兴波，李明*

（吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022）

摘要：本设计基于单片机AT89C52的超声波测距系统，重点阐述了该系统硬件电路设计和软件设计，并利用

温度检测电路有效消除了环境温度变化对传播速度的影响；在盲区消隐方面，通过在软件上采用延迟接收技术，有效消除了串绕信号，进一步提高了捡测的精度及灵敏度。

关键词：AT89C52

超声波 SPI通信协议

中图分类号：TP23

超声波技术在日常生活中有着广泛的应用，例如探伤技术、清洗技术、测距技术等等。超声波测距，多应用于汽车倒车雷达、建筑工地以及一些工业现场的位置监控如液位、井深的测量等场合。超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素影响的优点，在恶劣环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。

1 超声波测距原理

超声波测距的基本工作原理是测量超声波在空气中的传播时间，由超声波传播时间和传播速度来确定距离障碍物的距离，即所谓的脉冲——回波方式。该方式的基本电路框图如图1所示。由发射传感器、发射电路、接收传感器、接收放大电路、回波信号处理电路和单片机控制电路等几部分组成。

单片机发射电路信号处理接收电路 图1基本电路框图

发射电路通常是一个工作频率为40 kHz，可由555时基集成电路或其他电路构成。本设计用单片机产生一定数量的40 kHz发射脉冲(通常为5～16个)，用于驱动超声波发射传感器，并激励出超声波在空气中传播，遇障碍物反射而返回。

超声波接收传感器通过压电转换的原理，将由障碍物返回的回波信号转换成电信号，由于该信号幅度较小(几到十几毫伏)，因此须由低噪声放大、40 kHz带通滤波电路将回波信号放大到一定幅度，且干扰成分较少，并由回波信号处理电路转换成方波信号，送至单片机系统进行时间测量和距离的显示。

单片机根据脉冲发射时间和接收到回波的时间计算出时间差t，即超声波在空气中传播的时间，并由式(1)：

S=c*t/2 (1) 计算出距离S，式中参数c是超声波在空气中的传播速度，由于在不同温度情况下超声波在空气中传播速度差异较大，因而设置一温度传感器进行实时修正，具体实现方法见下文。

2 系统结构及功能框图

本系统主要由控制器模块、电源模块、MAX232发射放大电路模块、接收放大滤波电路模块、温度补偿模块、蜂鸣报警模块以及液晶显示模块等模块构成。本系统的方框图如图2-1所示：

NOKIA5110显示5V电源MAX232发射放大电路AT89C52温度补偿接收放大电路

图2-1 超声波测距仪的系统框图

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52单片机是主控芯片，用其控制显示、键盘扫描、报警、超声波的发射机接收的控制。

3 硬件设计

3.1 MAX232发射电路设计

MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX232多用于串口通信，起到电平转换的作用，而本设计只用到其电平转换，将40kHz的方波由5V转换成20V，提高发射功率。发射如图3-1所示：

图3-1 超声波发射电路图

超声波在空气中传播功率及精度与频率成正比，比较和分几个常用超声波频率的特点，最终选取频率为40kHz。为了便于超声波的发射和接收，超声波发射头采用共振频率为40kHz的TCT40-16探头，接收头采用RCT40-16。由单片机端口输出40kHz间断两路反相

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Design of Ultrasonic Distance Testing System Based on AT89C52

Single—chip Microcomputer

(College of Information & Engeering,Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin City 132022,China)

Abstract: The design is based on AT89C52 microcontroller ultrasonic ranging system, focusing on the circuit design of the system hardware and software design, and the temperature detection circuit effectively eliminate the use of environmental temperature on the propagation velocity; in the blind spot blanking, through the software using delay receiving technology, effectively eliminating crosstalk signal, and further improve the measurement accuracy and sensitivity of picking. Keywords: AT89C52；ultrasonic；SPI Communication protocol

作者简介：吴兴波（1964-），男，吉林通化人，吉林化工学院讲师，主要从事电子技术应用方面的研究. *为吉林化工学院信控2008级学生