□ 席雪君 蘇圣超

一、引言

傳統(tǒng)的超聲波汽車倒車測距儀是在常見的汽車倒車預(yù)警裝置的基礎(chǔ)上采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和超聲波測距技術(shù)研制出來的，它解除了駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，提高了駕駛安全性。超聲波作為一種非接觸的測量方式［1～3］，包含以下的優(yōu)點(diǎn):高性能、結(jié)構(gòu)簡單、可控性好、易開發(fā)等，同時(shí)它在深海探測、汽車倒車?yán)走_(dá)等領(lǐng)域具有廣泛的用途。但不同的溫度環(huán)境對超聲波測距精度有較大的影響，溫度平均每變化1℃的會(huì)使聲速變化0．607m/s。選取C8051F作為測距系統(tǒng)的核心，采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，用溫差來補(bǔ)償聲速，從而提升超聲波測距系統(tǒng)的精度。為了克服超聲波測距系統(tǒng)中環(huán)境溫度波動(dòng)對系統(tǒng)的測距造成的誤差，采用了溫度傳感器DS18B20［4］實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，溫度傳感器DS18B20測量溫度，根據(jù)溫度值與超聲波對應(yīng)的關(guān)系采用計(jì)算機(jī)及時(shí)修正波速，以糾正溫度的變化引起超聲波測距系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差。

二、硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，選取C8051F單片機(jī)作為主控制器，設(shè)計(jì)一種精度較高的超聲波測距儀。同時(shí)在超聲波測距基礎(chǔ)上通過增加溫度傳感器對超聲波測距進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到更高精度，進(jìn)一步保障行車駕駛的安全性。

圖1 汽車倒車測距儀電路原理圖

通過單片機(jī)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器產(chǎn)生超聲波驅(qū)動(dòng)信號。超聲波測距系統(tǒng)硬件［4］主要有:發(fā)射部分電路、接收部分電路、溫度感應(yīng)電路、內(nèi)部控制部分、數(shù)字顯示部分。工作流程:測距開始，測距系統(tǒng)向發(fā)射電路輸出脈沖信號，隨即關(guān)閉發(fā)射信號，計(jì)數(shù)器打開并開始計(jì)時(shí)，使計(jì)數(shù)器與實(shí)際測距時(shí)間同步;當(dāng)所有脈沖都被接收到后，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，得到時(shí)間t，由公式S=vt/2計(jì)算出測得的距離S，經(jīng)溫度T補(bǔ)償后超聲波的實(shí)際波速計(jì)算公式為:v=331．5+0．607T，最后得到測距公式:［2］S=(331．5+0．607T)*t/2。最后藉由 TFT顯示屏，實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，如圖1所示。

圖2 溫度檢測電路圖

圖2為改進(jìn)后的溫度檢測電路，溫度的測量采用DS18B20傳感器，其抗干擾能力強(qiáng)、精度高、測量范圍寬。P1．3接溫度傳感器的數(shù)據(jù)總線，用來控制數(shù)據(jù)的傳輸并進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。在總線電路上接上拉電阻，使得P1．3在溫度轉(zhuǎn)換期間變?yōu)榈碗娖?。溫度值、溫度轉(zhuǎn)換指令、讀寫指令都是通過數(shù)據(jù)總線來實(shí)現(xiàn)控制器與溫度傳感器之間的交互。

三、軟件設(shè)計(jì)

圖3 主流程圖

圖3為主流程圖，包括:中斷服務(wù)程序、溫度測量、距離計(jì)算、顯示等子程序。開機(jī)后屏幕上先顯示“－－－－”，約0．5s的亮燈和發(fā)聲之后，測距儀開始工作。T0為計(jì)時(shí)器，記錄超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔t(單位為ms)。程序先進(jìn)行系統(tǒng)初始化的操作，隨后觸發(fā)溫度檢測程序測量現(xiàn)場環(huán)境溫度，由公式v=331．5+0．607T算出經(jīng)由溫度補(bǔ)償后的波速后，然后再觸發(fā)超聲波程序，發(fā)出超聲波脈沖，當(dāng)主程序確認(rèn)接收到所有超聲波脈沖后，立即產(chǎn)生INT0中斷，定時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)。將T0中的數(shù)代入公式S=vt/2計(jì)算，完成測距操作。需要指出的是，t為計(jì)時(shí)器T0的計(jì)數(shù)值，v為經(jīng)由溫度補(bǔ)償后現(xiàn)場的實(shí)際波速，T為溫度傳感器測得的實(shí)際溫度，最終測得的距離由液晶TFT液晶屏顯示出來。

四、結(jié)語

基于單片機(jī)的超聲波測距儀解決了超聲波由于溫度變化引起測距精度不高的問題，可以安裝在各種車型的尾部，用于觀察車后障礙物情況，功能良好。

［1］蘭羽，周茜．超聲波測距系統(tǒng)接收電路研究［J］．電子設(shè)計(jì)工程，2012，20(14):81 ～83

［2］蘭羽．具有溫度補(bǔ)償功能的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．電子測量技術(shù)，2013，36(2):85 ～87

［3］李建中．單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］．西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007

［4］何希才．傳感器及其應(yīng)用電路［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2001