AT89S51单片机倒车雷达-语音报警系统设计(2)
1.3 课题主要内容
通过上节介绍我们知道，以单片机为核心的超声波测距系统设计简单、方便，而且测精度能达到工业要求。本课题研究的测距系统就是用单片机控制的。
本系统通过超声波发射探头向某一特定方向发射超声波，单片机芯片在超声波发射出去的同一时间开始计时，超声波在空气中传播，在途中遇到阻碍物就立即反射回来，超声波接收探头接收到反射回来的波就立即停止计时。这时我们设超声波在空气中的传播速度为V，根据单片机计时器记录的时间t，这样就可以计算出超声波发射点距离阻碍物之间的距离。
本系统利用了单片机控制超声波从发射到接受往返时间的计时。系统定时发射超声波，在发射电路工作的同时，单片机内部定时器工作，定时器用来记录发射超声波的时间和超声波接收模块收到反射波的时间差。当超声波接受端收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，单片机检测到这个负跳变信号后，停止内部计时器记时，读取时间，计算距离，测量结果输出给LED显示。利用本测距系统测量范围应在40cm～699cm，其误差1cm。
2. 超声波测距原理概述
超声波的物理本质就是机械振动,即可在不同介质中以不同的速度传播。因为超声波的单一指向性很强，传播过程中能量消耗缓慢，以及在介质中传播的距离较远，所以超声波常常用于距离的测量，例如超声波测距仪和物体位置测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波的测距方式也比较特别，是一种非接触式的。与其它方法相比，如电磁波的或红外线的方法，它不受光线、被测对象颜色等的影响。如果被测物处于暗黑、多烟雾、灰尘、有毒或电磁干扰等恶劣的环境下有较强的适应能力。因此在机械控制、液位测量、汽车的导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气这种介质中的测距，因为超声波在空气中波速比较慢，返回的超声波信号中承载的沿发射方向上的物体结构信息很容易被检测分析出来，具有很高的辨析力，所以超声波这种测距的方式准确度也比其它方法的高;而且超声波传感器具有体积小、结构简单、信号的处理简单可靠等特点。利用超声波检测比较方便、经济、操作简单、容易做到实时控制，而且在精度的准确性上达到了工业标准。
本测距系统采用超声波渡越时间检测法。其原理为: 超声波发送器通过从介质发送到的超声波从发送到接收的传播时间，即渡越时间。渡越时间和在空气重的传播速度相乘即为传播距离。超声波发射器发射超声波到一个特定的方向，而超声波是在微控制器发出开始就立即返回遇到障碍的方式定时，在空气中的超声波的传播，接收器接收反射的超声波微控制器上的定时器，停止计时。然后计算出传播的距离，并最终发送该计算值到LED数字显示测量结果。
超声波在空气中的传播速度与温度变化的关系及其对应值如表2 ，根据计时器记录的时间t (见图2)，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s) ，即: s = v t / 2 。
温度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100
声速(m/s) 313 319 325 323 338 344 349 386
表2 声速与温度的关系
图2 超声波测距时序图
2.1 超声波传感器
2.1.1 超声波发生器
为了研究和利用超声波，人们业已设计和制成了许多类型的超声波发生器。大体上讲，超声波发生器可以分为两大类: 一类是利用机械方式产生超声波；另一类是利用电气方式产生超声波。机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等；电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等。所产生的频率，功率和它们产生的超声波的特性是不同的，因此用途也不尽相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。