基于P89LPC932超声波测距仪

摘要：为了克服一些传统距离测量方式在某些特殊场合无法测量的缺陷，设计以P89LPC932为核心，利用超声波传感器实现了无接触式空气测距的方法，充分考虑声速与温度的密切关系，进行温度补偿，进一步获得测距最远700 cm左右，精度最优达到1％。该设计具有较强的抗干扰能力，安装简单，体积小，功耗低，便于嵌入其他系统的特点。
关键词：P89LPC932；超声波；测距仪；无接触式空气测距

0 引言
一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长时间浸泡于水中或其他液体中，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性。利用超声波测量距离可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛应用。所谓超声波是指频率高于20 kHz的机械波，具有强度大、方向性好等特点。其一般由压电效应或磁致伸缩效应产生。
本文设计的超声波测距仪用三种测距模式选择跳线J1(短距、中距、可调距)。其整体方案为当按下测量键，探头就发送超声波，当超声波遇到障碍物时将产生回波信号；系统将探头接收到的回波信号放大送入控制器；温度测量电路测出温度，通过计算得到所测距离，显示在数码显示器上，后4位显示距离，前2位显示温度。

1 超声波测距仪基本原理
利用超声波测量距离的原理如图1示所示，简单描述为：定期发送的超声波遭遇到障碍物时发生反射，反射波经由接收器接收并转化为电信号，这样只要测出发送和接收的时间差△t，然后按照式(1)即可求出距离：

式中：C为超声波在空气中的传播速度，0℃时C为331 m／s，25℃时C为347 m／s，其与环境温度T(单位：℃)的关系如式(2)：

由此可见，声速与温度有密切关系。在应用中，如果温度变化不大，并且无特殊精度要求，可认为声速是基本不变的，否则，必须进行温度补偿。温度补偿方法为每次先按照式(2)计算当时声速C，然后再按照式(1)计算距离。

另外，从图1还可以看出，由于超声波利用接收反射波来进行距离的计算，因而不可避免地存在发射与反射之间的夹角，其大小为2a。当a很小时，可直接按式(1)进行计算得到距离；当a较大时，则必须进行距离修正，修正公式如式(3)：