结合温度补偿的超声波测距系统设计

40kHz的方波由AT89C2051单片机的P3．5驱动超声波发射头发射超声波，经反射后由超声波接收头接收到40kHz的正弦波，由于声波在空气中传播时衰减，所以接收到的波形幅值较低，经接收电路放大、整形，最后输出一负跳变，输入单片机的P3．7脚。由于单片机系统的晶振为12M晶振，所以只能产生半周期为12μs或13μs的方波信号，频率分别为41．67kHz和38．46kHz。本系统在编程时选用了后者。接收到的信号加到BG1、BG2组成的两级放大器上进行放大。每级放大器的放大倍数为70倍。放大的信号通过检波电路得到解调后的信号。这里使用的是IN4148检波二极管，输出的直流信号即两二极管之间电容电压。该接收电路结构简单，性能较好，制作难度小。
2．3 温度测量补偿电路
在空气中，常温下超声波的传播速度是334m／s，但其传播速度受空气中温度、湿度等因素的影响，其中受温度影响较大，如温度每升高1℃，声速就会增加约0．6m／s。因此在相同的间隔测量距离，由于波的传播时间是相同的，不同温度下的声速不同，所以最终造成测量出来的距离不相等，在距离测量精度要求很高的情况下，必须要对温度进行测量和补偿，以避免温度对测量精度的影响。本系统选用DS18B20温度传感器作为温度测量、误差补偿装置，与单片机交换信息仅需要一根I／O口线，其供电电源可来源于单片机I／O口数据线，而无需额外电源。不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系如下：
v=331．4+0．61T (1)
式中，T为实际温度(℃)，v为当前环境下声速，单位为m／s。

3 系统软件设计
软件设计部分采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、中断子程序、温度测量等组成。超声波测距的程序既有较复杂的计算(计算距离时)，又要求精细计算程序运行时间(超声波测距时)，所以控制程序采用C语言编程。主程序完成初始化工作、超声波发射和接收顺序的控制、距离上下限超限报警。定时中断服务子程序完成超声波回波接收，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。