超声波测距原理

超声波测距学习板，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。

超声波测距原理：

超声波发生器的内部结构有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加上固有振荡频率的脉冲电压时压电晶片会发生共振并产生超声波。如果共振板接收到超声波时，也会迫使压电晶片产生振动，反过来将机械能转换为电信号，成为超声波接收器。

在超声波测距电路中，发射端连续输出一系列脉冲方波，然后判断接收端，实现超声测距一般有以下两种方法：

①读取输出端脉冲电压的平均值，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；

②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为S=1／2vt。

我们的产品采用第二种方案。由于超声波的传播速度和温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

超声波测距的算法设计:

超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.01S，则有（340×0.01S）/2=1.7。这就是根据超声波从发出到遇到反射物后返回的时间换算后得到的1.7米距离。

产品1：超声波测距成品学习板成品每套129元

产品性能特点：

我们的超声波测距成品学习板大小为90*75*10毫米，板上自带：超声波收发传感器、接收放大电路、四位LED数码显示、四位按键（四个按钮和蜂鸣器属于功能预留，程序中无定义），电源部分自带整流、滤波、稳压电路，允许交流7～15V或者直流9～16V输入，经过实际测试，测量范围可达0.27～3.5米，测量精度为1厘米。因为我们能提供完整的源程序，客户不但可以学习超声波测距的知识，还可以直接将这项技术用于产品开发，是不可多得的资料。

单片机系统及显示电路：

超声波学习板采用STC89C52单片机，晶振为12M，单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断口0监测超声波接收电路输出的

返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,段码用74HC245D,位码用PNP三极管9012驱动. 主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用STC89C52来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。

答疑解惑：

1、为什么你们选40KHZ的超声波传感器？

因为超声波在空气中传播时衰减很大，衰减的程度与频率成正比，但是频率越高则分辨力也会越高，所以短距离测量时一般选频率高的传感器（100KHZ 以上），长距离测距只能选频率低的传感器。

2、为什么你们的最小检测距离为27厘米？

为了防止超声波发射传感器发出超声波沿电路板或者外壳直接进入超声波接收传感器内引起误判断，所以程序要求超声波发射若干时间后必须停止若干时间，这个时间大约是超声波在空气中传播20多厘米的时间，这段时间内是不接受信号的，主要就是为了躲开直接传导的信号避免引起误判断。

3、电路板上的四个按钮和蜂鸣器有啥作用？

这是为后续开发应用所预留的，例如你可以在程序中定义为开关功能，按下一个按键，电路板开始测距、按下另一个按键电路板停止测距，或者定义为多档距离报警设定，当检测到低于设定距离时，驱动蜂鸣器报警。其实我们的电路板您也可以加以改进，例如用1602的液晶模块代替数码管显示、增加语音电路实现语音播报探测距离等等。

4、为什么我的板不管前面有无遮挡物总是显示27呢？

这是因为标有T字样的超声波接收头没有收到正确的回波信息导致工作异常引起的，我们发现接收头比较娇嫩，轻微的磕碰就会导致内部器件错位影响正常工作，但是你只要稍稍旋转或者上下拨动一下接收头，很多情况就会排除故障又能正常工作了。

超声波测距板配套12V 1A直流稳压电源10元一个

超声波专用发射接收头10元一对（标有T字样的是发射头，标有R字样的是接收头）

你还可以另外购买我们的PL2303模块，就能实现STC芯片的在线程序下载。只要连接3根线：一根串口入R连接单片机的P3.1TXD、一根串口出D连接单片机的P3.0 RXD、一根地线-连接单片机的电源地即可。

然后将PL2303的USB转串口模块插入电脑的USB口（已经安装好2303的驱动），然后在STC编程软件界面中选择单片机型号STC89C52RC，选择COM6（具体按电脑实际虚拟出的串口号）波特率选择9600，点击“OPEN FILE”选择你的烧写文件，点击“下载”按钮，然后接通超声波测距成品学习板的电源，3秒左右就能完成程序下载并运行。

产品1：采用PL2303芯片的USB转TTL串口模块每个15元含一根4芯杜邦连接线

点击这里可以看到超声波测距学习板的PDF原理图以下是附带的详细使用资料截图：

以下是部分汇编源程序，购买我们产品后我们可以通过电子邮件将完整的单片机汇编语言源程序和烧写文件发送给客户。

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; USE BY :超声波测距器

; IC :AT89C51

; TEL :

; OSCCAL :XT (12M)

; display :共阳LED显示

;///////////////////////////////////////////////////////

;测距范围7CM-11M，堆栈在4FH以上，20H用于标志

;显示缓冲单元在40H-43H，使用内存44H、45H、46H用于计算距离

;

VOUT EQU P1.0 ; 红外脉冲输出端口

speak EQU p1.1

;********************************************

;* 中断入口程序*

;********************************************

;

ORG 0000H

LJMP START

ORG 0003H

LJMP PINT0

ORG 000BH

RETI

ORG 0013H

RETI

ORG 001BH

LJMP INTT1

ORG 0023H

RETI

ORG 002BH ;C52一共有六个中断

RETI

;

;********************************************

;* 主程序*

;********************************************

;

START: MOV SP,#4FH ；堆栈

MOV R0,#40H ;40H-43H为显示数据存放单元（40H为最高位）MOV R7,#0BH

CLEARDISP: MOV @R0,#00H

INC R0

DJNZ R7,CLEARDISP

MOV 20H,#00H

MOV TMOD,#11H ;T1和T0为16位定时器

MOV TH0,#00H ;65毫秒初值

MOV TL0,#00H

MOV TH1,#00H

MOV TL1,#00H

MOV P0,#0FFH

MOV P1,#0FFH

MOV P2,#0FFH

MOV P3,#0FFH

MOV R4,#04H ;超声方波冲个数控制（为赋值的一半）

SETB PX0 ；优先外部中断0

SETB ET1；Timer1中断使能位

SETB EA ；总中断使能

SETB TR1 ;开启测距定时器

start1: LCALL DISPLAY

JNB 00H,START1 ;收到反射信号时标志位为1

CLR EA

LCALL WORK ;计算距离子程序

CLR EA

MOV R2,#32h;#64H ;测量间隔控制（约4*100=400MS）LOOP: LCALL DISPLAY

DJNZ R2,LOOP

CLR 00H

setb et0

mov th0,00h

mov tl0,00h

SETB TR1 ;重新开启测距定时器

SETB EA

SJMP Start1

;

;**************************************************** ;* 中断程序* *

;**************************************************** ;T1中断，发超声波用;T1中断，65毫秒中断一次

INTT1: CLR EA

CLR TR0

clr ex0

MOV TH0,#00H

MOV TL0,#00H

MOV TH1,#00H

MOV TL1,#00H

SETB ET0

SETB EA

SETB TR0 ;启动计数器T0，用以计

intt11:

CPL VOUT ;40KHZ

nop

nop

nop

nop

nop

nop

nop

nop

nop

DJNZ R4,intt11

;超声波发送完毕，

MOV R4,#04H

lcall delay_250 ;延时，避开发射的直达声波信号

SETB EX0 ;开启接收回波中断

RETIOUT: RETI

;外中断0，收到回波时进入

PINT0: nop

jb p3.2,pint0_exit

CLR TR0 ;关计数器

CLR EA ;

CLR EX0 ;

MOV 44H,TL0 ;将计数值移入处理单元

MOV 45H,TH0 ;

mov th0,#00h

mov tl0,#00h

jnb p3.2,$

SETB 00H ;接收成功标志

pint0_exit:

RETI

;

;**************************************************** ;* 显示程序*

;**************************************************** ; 40H为最高位，43H为最低位，先扫描高位

DISPLAY: MOV R1,#40H;G

MOV R5,#7fH;G

PLAY: MOV A,R5

MOV P0,#0FFH

MOV P2,A

MOV A,@R1

MOV DPTR,#TAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0,A

LCALL DL1MS

INC R1

MOV A,R5

JNB ACC.4,ENDOUT;G

RR A

MOV R5,A

AJMP PLAY

ENDOUT: MOV P2,#0FFH

MOV P0,#0FFH

RET

;

TAB: DB 18h, 7Bh, 2Ch, 29h, 4Bh, 89h, 88h, 3Bh, 08h, 09h,0ffh ;共阳段码表"0" "1" "2" "3" "4" "5""6" "7" "8" "9" "不亮""A""-"

;**************************************************** ;* 延时程序*

;**************************************************** ;

DL1MS:

push 06h

push 07h

MOV R6,#14H

DL1: MOV R7,#19H

DL2: DJNZ R7,DL2

DJNZ R6,DL1

pop 07h

pop 06h

RET

;

;**************************************************** ;* 距离计算程序(=计数值*17/1000cm) *

;**************************************************** ;

work: PUSH ACC

PUSH PSW

PUSH B

MOV PSW, #18h;选择工作寄存器的组别

MOV R3, 45H

MOV R2, 44H

MOV R1, #00D

MOV R0, #17D

LCALL MUL2BY2

MOV R3, #03H

MOV R2, #0E8H

LCALL DIV4BY2

LCALL DIV4BY2

MOV 40H, R4

MOV A,40H

JNZ JJ0

MOV 40H,#0AH ;最高位为零，不点亮

JJ0: MOV A, R0

MOV R4, A

MOV A, R1

MOV R5, A

MOV R3, #00D

MOV R2, #100D

LCALL DIV4BY2

MOV 41H, R4

MOV A,41H

JNZ JJ1

MOV A,40H ;次高位为0，先看最高位是否为不亮

SUBB A,#0AH

JNZ JJ1

MOV 41H,#0AH ;最高位不亮，次高位也不亮

JJ1: MOV A, R0

MOV R4, A

MOV A, R1

MOV R5, A

MOV R3, #00D

MOV R2, #10D

LCALL DIV4BY2

MOV 42H, R4

MOV A,42H

JNZ JJ2

MOV A,41H ;次次高位为0，先看次高位是否为不亮

SUBB A,#0AH

JNZ JJ2

MOV 42H,#0AH ;次高位不亮，次次高位也不亮

JJ2: MOV 43H, R0

POP B

POP PSW

POP ACC

RET

;

;**************************************************** ;* 两字节无符号数乘法程序*

;**************************************************** ; R7R6R5R4 <= R3R2 * R1R0