51单片机的超声波物料高度检测系统设计+电路图(2)
本测距系统通过时间渡越法测算距离，采用单片机控制定时器产生超声波脉冲并计时。具体来说，AT89C51在执行程序之后，通过P1.7端口输出40kHZ的脉冲信号。超声波在空气中传播的时候，它的强度会发生衰减，所以设计了一个超声波的发射电路，来实现增加超声波强度的目的。超声波发射电路是由反相器74LS04以及超声波换能器所构成。超声波接收电路主要利用集成芯片CX20106A来处理回波信号。在发射和接收电路里要对其中的信号实现整形和放大，用来确保测量出来结果的精准。除此之外，本系统中还设计了一个以集成元件DS18B20为核心的温度补偿电路，用于温度的实时监测，以便得到更为精确的超声波速度，提高整个系统的可靠性。为了便于直观地感知，本文设计了以LED数码管作为显示器件的显示电路，增加系统的实用性。用复位电路重置系统后可进行下一次测试。
1.2 本设计的意义
社会在进步，科学在发展。时至今日，测量工具的种类数不胜数，根据测量工具与被测物体接触与否，大致分为接触式测量与非接触式测量。一般情况下采用接触测量。这是因为被测量对接触件表面油污、灰尘等不敏感，因此一般情况下采用接触测量是适宜的。但应指出，接触测量尤其在绝对测量时，对于软金属或薄结构、易变形的工作则需要采用非接触测量。
随着测量技术的日益成熟，如今非接触式测距仪的种类越来越多。如果按所选用的测量媒介不同，能够粗略地分成：雷达、激光以及超声波。然后，前面两种有着没法改善弊端：系统相对复杂且价格昂贵，不能做到适用于大多数情况的测量。所以，超声波技术在距离测量上有着不可替代的地位，人们在测量距离的时候大量的使用了超声波技术。超声波有着很好的指向性，这一特性使其在空气中可以传播到相当远的位置。超声波可以适应恶劣的环境，如能见度低，有毒等，且测量可靠、精确。这些优点让超声波在工业现场、倒车雷达、空气测距、液位测量等方面有着广泛的用途。
1.3国内外研究现状
2超声波测距分析
2.1 测距传感器
（1）激光测距传感器
激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲，经目标反射后激光向各方向散射[2]。部分散射光返回到接受传感器，能接受其微弱的光信号。从而记录此脉冲从发射到返回之间的时间，然后用这个时间的一半乘以光速便可以知道所要测量的距离。激光测距具有测量精确度高、测量距离远、量程范围大和速度快的优点，然而也存在成本较高、制作难度大和人体安全构成威胁的缺点[2]。
（2）红外线测距传感器
红外测距传感器进行障碍物远近的检测，是利用红外信号遇到障碍物距离的不相同则其反射强度也不一样的原理[3]。根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进行测量。红外线测距传感器具有价格便宜、安全性高、简单易得等优点。然后，其在测量精度、方向性包括测量距离方面，性能都较差。
（3）超声波传感器
超声波传感器是一种利用压电效应原理使电能和超声波相互转化的装置[4]。它的功能是将输入的电功率转换成机械功率即超声波，再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。超声波换能器由发射和接收两部分组成，在实际应用中，不仅可以发射超声波还能够用来接收超声波。
可知前两者有其固有的缺陷：价格昂贵、系统较复杂，不适用于大多数情况下的实时测量。那么，超声波方法便有着明显优势。超声波在传播过程中，遇到障碍物会发生反射，其与被测目标并没有直接的接触，且指向性好，适应恶劣环境的能力强，在空气中传播的距离足够远，这些优点使其广泛应用于倒车雷达、工业现场、液位测量、空气测距等方面。