原標題：基于渡越時間檢測法的超聲波測距儀設計方案

基于渡越時間檢測法的超聲波測距儀設計方案

引言

超聲波測距儀是一種廣泛應用于工業、農業和日常生活中的測量工具，具有高精度、遠距離和非接觸測量的特點。本文將詳細介紹一種基于渡越時間檢測法、采用AT89C52單片機、CX20106A紅外線接收處理芯片以及DS18B20溫度傳感器的超聲波測距儀設計方案。

設計原理

超聲波測距儀的基本原理是通過發射超聲波信號，并測量該信號從發射到返回的時間差（渡越時間），根據聲速計算出距離。溫度傳感器用于實時測量環境溫度，以修正聲速的變化，保證測距精度。

主要芯片及其作用

AT89C52單片機

AT89C52是一種經典的8位單片機，具有以下特點：

• 8KB閃存

• 256字節內部RAM

• 32個I/O口線

• 3個16位定時/計數器

• 6個中斷源

在本設計中，AT89C52單片機主要負責以下功能：

1. 控制超聲波發射與接收

2. 處理渡越時間信號

3. 讀取溫度傳感器數據

4. 計算并顯示測量結果

CX20106A紅外線接收處理芯片

CX20106A是一種用于紅外線信號接收與處理的芯片，具有高靈敏度和抗干擾能力。在本設計中，CX20106A主要用于：

1. 接收超聲波回波信號

2. 將接收到的信號進行放大和濾波處理

DS18B20溫度傳感器

DS18B20是一種高精度的單總線數字溫度傳感器，具有以下特點：

• 測量范圍：-55℃到+125℃

• 精度：±0.5℃

• 支持多點布線

在本設計中，DS18B20用于實時測量環境溫度，提供溫度數據用于聲速修正。

設計方案

硬件設計

1. 系統框圖系統主要包括以下模塊：

• 超聲波發射模塊

• 超聲波接收模塊

• 溫度檢測模塊

• 數據處理及顯示模塊

2. 電路設計

• 超聲波發射電路由AT89C52單片機控制，通過IO口驅動超聲波發射器。

• 超聲波接收電路由CX20106A接收超聲波回波信號，經過放大和濾波后送入AT89C52單片機進行處理。

• 溫度檢測電路通過單總線與AT89C52連接，實時讀取溫度數據。

• 顯示電路使用LCD或LED顯示模塊，通過AT89C52單片機的IO口控制顯示測量結果。

軟件設計

軟件設計主要包括以下幾部分：

1. 初始化程序

• 配置AT89C52的IO口、定時器和中斷

• 初始化超聲波發射接收電路

• 初始化溫度傳感器

2. 主程序

• 周期性觸發超聲波發射

• 等待接收回波信號

• 計算渡越時間

• 讀取溫度數據，修正聲速

• 計算距離并顯示

3. 中斷處理程序

• 用于處理定時器中斷，精確測量渡越時間

路由圖

1. 系統初始化

void main() {
    float distance;
    float temperature;
    
    System_Init();
    
    while (1) {
        // 觸發超聲波發射
        Trigger_Ultrasonic();
        
        // 等待回波信號
        while (!Echo_Received());
        
        // 計算渡越時間
        time = Get_Echo_Time();
        
        // 讀取溫度
        temperature = DS18B20_Read();
        
        // 修正聲速
        float sound_speed = 331.3 + 0.6 * temperature;
        
        // 計算距離
        distance = (time * sound_speed) / 2.0;
        
        // 顯示距離
        LCD_Display(distance);
        
        // 延時一段時間，避免頻繁觸發
        Delay(100);
    }
}

2. 主程序

c復制代碼void main() {    float distance;    float temperature;
    
    System_Init();    
    while (1) {        // 觸發超聲波發射
        Trigger_Ultrasonic();        
        // 等待回波信號
        while (!Echo_Received());        
        // 計算渡越時間
        time = Get_Echo_Time();        
        // 讀取溫度
        temperature = DS18B20_Read();        
        // 修正聲速
        float sound_speed = 331.3 + 0.6 * temperature;        
        // 計算距離
        distance = (time * sound_speed) / 2.0;        
        // 顯示距離
        LCD_Display(distance);        
        // 延時一段時間，避免頻繁觸發
        Delay(100);
    }
}

3. 中斷處理

void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {
    // 處理定時器0中斷，用于精確測量渡越時間
    TH0 = 0x00;
    TL0 = 0x00;
    
    // 記錄時間
    time++;
}

調試與測試

1. 硬件調試

• 確認各模塊電路連接正確

• 使用示波器監測超聲波發射與接收信號

• 調整CX20106A的放大與濾波參數，確保回波信號的穩定性

2. 軟件調試

• 驗證溫度傳感器的數據讀取是否準確

• 測試渡越時間的計算精度

• 校準聲速修正算法，確保距離計算的準確性

3. 綜合測試

• 在不同環境溫度下測試測距儀的精度和穩定性

• 測試不同距離范圍內的測量誤差

結論

本文詳細介紹了基于渡越時間檢測法的超聲波測距儀設計方案，采用AT89C52單片機、CX20106A紅外線接收處理芯片以及DS18B20溫度傳感器，實現了高精度、穩定的距離測量。通過合理的硬件電路設計和軟件算法優化，測距儀能夠在不同環境溫度下保持較高的測量精度。該設計方案具有成本低、易于實現的特點，適合用于各種測距應用場合。

參考文獻

1. 《AT89C52單片機數據手冊》

2. 《CX20106A紅外線接收處理芯片應用指南》

3. 《DS18B20溫度傳感器技術手冊》

4. 《超聲波測距技術原理與應用》

以上是基于渡越時間檢測法、AT89C52單片機、CX20106A紅外線接收處理芯片和DS18B20溫度傳感器的超聲波測距儀設計方案。希望對相關領域的研究和應用有所幫助。