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　　引言
　　
　　一些傳統(tǒng)的距離測量方式在某些特殊場合存在不可克服的缺陷。例如，液面測量就是一種距離測量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電或脈沖來檢測液面，電極長時(shí)間浸泡于水中或其他液體中，極易被腐蝕、電解，失去靈敏性。利用超聲波測量距離可以解決這些問題。
　　
　　本文設(shè)計(jì)的超聲波測距儀用三種測距模式選擇跳線J1（短距、中距、可調(diào)距）。其整體方案為當(dāng)按下測量鍵，探頭就發(fā)送超聲波，當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)將產(chǎn)生回波信號(hào);系統(tǒng)將探頭接收到的回波信號(hào)放大送入控制器；溫度測量電路測出溫度，通過計(jì)算得到所測距離，顯示在數(shù)碼顯示器上，后4位顯示距離，前2位顯示溫度。
　　
　　1、超聲波測距儀基本原理

　　
　　利用超聲波測量距離的原理如圖1示所示，簡單描述為：定期發(fā)送的超聲波遭遇到障礙物時(shí)發(fā)生反射，反射波經(jīng)由接收器接收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這樣只要測出發(fā)送和接收的時(shí)間差△t，然后按照式（1）即可求出距離：　　
　　式中：C為超聲波在空氣中的傳播速度，0℃時(shí)C為331m/s，25℃時(shí)C為347m/s，其與環(huán)境溫度T（單位：℃）的關(guān)系如式（2）：   
                   　　

　　由此可見，聲速與溫度有密切關(guān)系。在應(yīng)用中，如果溫度變化不大，并且無特殊精度要求，可認(rèn)為聲速是基本不變的，否則，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償方法為每次先按照式（2）計(jì)算當(dāng)時(shí)聲速C，然后再按照式（1）計(jì)算距離。
　　
　　另外，從圖1還可以看出，由于超聲波利用接收反射波來進(jìn)行距離的計(jì)算，因而不可避免地存在發(fā)射與反射之間的夾角，其大小為2a。當(dāng)a很小時(shí)，可直接按式（1）進(jìn)行計(jì)算得到距離;當(dāng)a較大時(shí)，則必須進(jìn)行距離修正，修正公式如式（3）：　　
　　2、系統(tǒng)硬件
　　
　　超聲波測距儀主要包括：溫度檢測電路，超聲波發(fā)射及控制電路，超聲波接收及信號(hào)處理電路，顯示電路，微處理和其輔助電路以及RS232通信接口電路，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。　　
　　2.1 超聲波發(fā)射及控制電路

　　
　　超聲波探頭的型號(hào)選用CSB40T，利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波，如圖3所示。從圖中可看出，40kHz超聲波信號(hào)是利用555時(shí)基電路震蕩產(chǎn)生的。震蕩頻率計(jì)算式如下：　　
　　將R10設(shè)計(jì)為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)信號(hào)頻率，使之與換能器的40kHz固有頻率一致。為保證555時(shí)基具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，宜采用+12V電源。CNT為超聲波發(fā)射控制信號(hào)，由微處理器進(jìn)行控制。
　　
　　2.2 超聲波接收器的設(shè)計(jì)

　　
　　超聲波接收器包括超聲波接收探頭、信號(hào)放大電路及波形變換電路三部分。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，這里采用CSB40R。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。正弦波信號(hào)不能直接被微處理器接收，因此必須進(jìn)行波形變化。如圖4所示，前級(jí)采用NE5532構(gòu)成10000倍放大器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大;后級(jí)采用LM311比較器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，LM311的3管腳的輸入為比較電壓，可由J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測距模式，如圖5所示。
　　
　　模組提供了測距模式選擇跳線J1，可以選擇短距測量模式、中距測量模式或距離可調(diào)模式。跳線選擇LOW時(shí)為近距測量模式，選擇HIGH時(shí)為中距測量模式;選擇SET時(shí)為距離可調(diào)模式。
　　
　　2.3 溫度測量電路
　　
　　當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，超聲波波速會(huì)隨之變化，所以要進(jìn)行修正。因而系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)溫度檢測電路，實(shí)時(shí)采集溫度，對(duì)波速進(jìn)行修正。測溫電路使用的傳感器為DS1820，如圖6所示。具有9，10，11，12位轉(zhuǎn)換精度，未編程時(shí)默認(rèn)精度為12位，測量誤差一般為0.5℃，軟件處理后可達(dá)0.1℃。
　　
　　3、系統(tǒng)軟件
　　
　　系統(tǒng)流程圖如圖7所示。　　
　　微處理器P89LPC932先把P1.6置0，啟動(dòng)超聲波探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器T0開始計(jì)時(shí)。然后檢測溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，當(dāng)超聲波信號(hào)遇到障礙物時(shí)信號(hào)立刻返回，微處理器不停掃描P2.7引腳，如果P2.7接收的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?，表明信?hào)已經(jīng)返回，微處理器進(jìn)入中斷關(guān)閉定時(shí)器。再把定時(shí)器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過換算就可以得出所測距離。
　　
　　4、結(jié)語
　　
　　本系統(tǒng)具有三種模式跳線選擇，因此具有測量準(zhǔn)確度較高、抗*力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，本測距儀實(shí)測精度*達(dá)到1%，zui遠(yuǎn)測距為700cm左右。