STC80C52单片机的智能防撞报警器设计+电路图+源代码(3)
式中
——超声波在空气中的速度；
——超声波从发射到接收所用时间的二分之一，也就是从发射到被障碍物反射的时间。
由上式可知，测距精度取决于两个方面：计时精度，超声波在空气中的速度。计时精度由单片机定时器决定，计时时间为机器周期与计数次数的乘积，单片机机器周期越短，计时精度越高。超声波的传播速度c并不是常量，受温度，空气密度等因素影响。其关系式为 （2.2）
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。
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。
由上式可知，超声波在空气中传播时主要受温度影响，不同温度相对应的速度如下表所示。由表所知，温度越高传播速度越大，且不同温度下差距越明显。因此，如果需要进行较高精度测量，温度补偿必不可少。对测量精度没有太高要求时可以认为声音在空气中的传播速度为340m/s。
表2.1 超声波传播速度与温度关系表
项目 数值
温度/(℃ ) -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70
声速/( m•s) 313 319 325 332 338 344 350 356 361 367 338
声波测距电路原理框图如下图，单片机发出40kHz的信号的同时启动定时器，信号经过放大电路放大后，驱动超声波换能器使其产生40kHz的超声波。当超声波接收器接收到超声波后将其转化成相应的电信号，由于信号非常微弱，需经放大电路放大。然后由锁相环检波电路检查出相应的信号，最后锁相环检波电路发送通知信号给单片机，单片机收到信号后停止定时器并取出时间计算出距离，再将距离通过串口传输给上位机。
图2.1 超声波测距仪原理框图
2.3 超声波发射电路
超声波发射电路如下图所示，主要有非门和超声波换能器组成。单片机P1.0引脚产生40kHz的方波脉冲，脉冲在上路经两级非门与换能器一电极连接，在下路经一级非门与换能器另一电极连接。这样就在换能器两端产生出40kHZ的脉冲。非门和上拉电阻的作用是提高电路的驱动能力，增强超声波的发射强度。
2.2 超声波发射原理图
2.4 超声波检测接收电路
接收电路电路如下图所示其主要构成为由换能器，放大电路以及锁相环。由于换能器接收到超声波后转换的电流非常微弱，需要用两级放大电路将其放大以便进行处理。放大后的信号送入锁相环，当输入信号为40kHz时，锁相环8脚变为低电平，通知单片机收到回波信号。