超声波测距模块的设计与实现

摘要：本文设计并实现了一个以MCS-51单片机为核心的超声波测距模块。该模块由超声波发射单元、超声波接收单元、温度测量单元、显示单元和ISP下载单元等组成，由单片机产生超声波的发射信号并对其传播时间进行测量，依据超声波在空气中的传播特性，换算出距离数据，从而实现测量距离的目的。设计中采用LM386作为超声波的发射驱动，采用集成芯片CX20106作为超声波接收单元，结构简洁，集成度高。通过实验表明，该模块性能可靠，能较准确地测出与障碍物之间的距离，达到了设计要求。
关键词：超声波测距；MCS-51单片机；LM386；CX20106

0 引言
在多数项目研发中，距离测量显得越来越重要，常用的测距方式主要有雷达测距、红外测距、激光测距和超声测距等4种。雷达测距对天气的依赖性较强，且成本较高；红外测距测量范围窄；激光测距精度高、抗干扰力强、但成本高，且光学系统需细心维护；超声波测距指向性强、传输距离远、受环境影响小、传播时间容易检测，而且超声波传感器结构简单、性能可靠、成本低、易于集成，因此本文采用超声波方式进行距离测量。

1 超声波测距原理
超声波发生器内部有两个压电晶片和一个共振板，当两极外加脉冲信号的频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将发生共振，并带动共振板振动，从而产生超声波；同理，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片产生振动，将机械能转换为电信号。
测距原理如图1所示。

被测距离。式中：s为超声波传播距离；h为发射探头与接收探头之间的距离。
由于s远大于h，因此可近似认为d=s，则d=s=ct／2，t为发射超声波与接收超声波的时间间隔，c为超声波在空气中的传播速度。
在空气中，常温下超声波的传播速度是334m／s，但其传播速度c易受空气中温度的影响，声速与温度关系如表1所示，由此可修正超声波传播速度

可见，只要测得超声波发射和接收回波的时间差t以及环境温度T，就能得到较为精确的距离。