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令我们满意。例如:距离测量中液面测量就是一个比较尴尬的存在,现在的方法是电极法,此方法经过脉冲或者通过给电检测液面,此时电极浸泡在水中或其他的液体中容易失去灵敏性,原因是电极非常容易被腐蚀和发生电解从而失去灵性还浪费资源。但是利用了超声波测距仪来测量,就能完全解决这个问题了。目前市面上我们经常能看到的测距仪器或者系统都老贵了买了比较肉疼,而且体型那是非常不满意了而且呢精度也不咋地,这样会使得在中小规模的应用领域中很难得到广泛的应用。为解决这一系列难题,本文的设计是本着具有高精度,而且低成本易于开发,并且要有微型化的趋势的测距仪,所以选择以STC89C52RC单片机为核心。
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第二章 超声波测距原理
2.1 超声波简介
物体震动时都会发出声音,而我们知道物体每一秒钟震动的次数我们就把那个叫做声音的频率单位就是赫兹(Hz)。我们平时生活中能听到声音的频率是在20-20000Hz,所不在这个频率中的波段我们就听不到。大于20000Hz我们称之为“超声波”,反之为“次声波”。通常医院用作诊断的超声波的频率在1-5兆Hz。由于超声波的方向比其他的声波好,且穿透效果强,在水中的传播距离比较远,并且此声能易于获得和集中。于是可以用于测量距离、清洗牙齿、焊接等功能。而且还在很多的领域上有明显的作用,医学上B超、军事上雷达、工业焊接等等等
2.2 超声波测距原理
本原理是利用反射原理测距,被测的物体必一定得有反射的能力。在平时测量的时候,将这个本仪器对准那个测量的目标,并且在发射超声波时候就开始计时,当超声波接触碰到有东西挡住的时候就会有反射,而反射回来的超声波被测距仪接收后,此时计时就结束了,然后就根据这个超声波在空气中的传播速度与这个计时所用的时间,就能算出来与被测物体之间距离。测量距离D为
D?1ct2
式中 c——超声波的传播速度;
1t2 ——此时所用的时间为距离的两倍。
计时精度以及传播速度决定了距离测量的精度。单片机定时器这个就决定了计时的精度,计数的次数和那个机器周期相乘就是定时的时间,则以6MHz的晶振,和能精确到为1μs时间的机器周期,才不会产生错误此错误就是累积误差,
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使得定时时间能达到2μs。超声波的速度c是不会改变的能影响到速度的因素有温度、空气的密度以及气体分子成分,关系式为
(2.2)
c??RTM?c01?T273K
式中 γ——气体定压热容与定容热容的比值,空气为1.40。 R——气体普适常数,为8.314kg/mol。
T——气体势力学温度,与摄氏温度的关系是T=273K+t。 M——气体相对分子质量,空气为28.8×10-3kg/mol。 c0——0℃时的声波速度,为331.4m/s。
超声波在空气中的传播速度,取决于温度,和温度之间的关系示意图咱们是可以通过计算得出来,如表2-1所示。这个空气中温度越高,它的扩散速就会越度快,传播速度在不同温度下,有很多地差别呢,当速度为0°C的3332m/s。350米/秒的速度时候温度在30℃,在30度C和S,M和S是不同的,需要一个高精度温度补偿最有效,测量精度不高,在空气中,速度是每秒340米。
项目 温度 声速 /( m?s) 数值 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 100 313 319 325 332 338 344 350 356 361 367 388 表2-1 超声波播速度与温度关系表
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第三章 硬件实现及单元电路设计
3.1 主控制模块
主控制最小系统电路如图3-1所示。
图3-1 最小系统
硬件电路总设计见图3-2,从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件: STC89C52RC、一件超声波传感器、若干按键、一个四位数码管、一个蜂鸣器等一些单片机外围应用电路比如导线之类的。其中D1就是电源工的灯。电路中用
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到3个小按键,一个就是是设定键, 其中一个“加键”,一个“减键”。
图3-2 总设计电路图
3.2 超声波测试模块
我们使用的超声波模块是HC-SRO4为核心,此种模块的测试距离是2cm-400cm,该精度是3mm。并且这里头有三个部件超声波发射其、超声波接收器、控制电路。工作原理:至少要有10us高点平信号是用IO口出发测距;这个时候模块就会发出8个40KHZ的方波信号,侧模块还能自动的检测方波信号是