摘要：本文从超声波原理、硬件设计、软件设计方面介绍一个超声波测距系统的实现，并通过串口调试助手及示波器等辅助设备得到和验证实验结果。经实验结果分析得出，该测距系统实现简单、成本低，具有较高的测距精度，有一定的社会使用价值
关键词：超声波 单片机 物距测量
中图分类号：TN802.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0159-02
1 超声波测距简介
当音频的频率高于2KHZ超出人耳所能接受的声音频率范围时，我们称之为超声波。超声波在空气中传播向性好，穿透能力强，不受光波、电磁波等的干扰，因此它常用于空气或水中进行物距测量、速度探测或是某些特殊功能如清洗消毒等，其在工程学、医学、生物学科等多个领域都有广泛应用。在工程学中，利用超声波进行汽车防撞、液位测量、移动机器人定位和避障等方面物距的探索及测量的需求都很普遍。
2 超声波原理和测距方法
2.1 压电式超声波传感器原理
超声波发生器的工作原理通常被分为机械式和电气式作用产生二种。本设计采用压电式（电气式）作用原理，具体步骤：首先发射器向外发射超声波，接着超声波在空气或水等介质中传播，当遇到障碍物后反射，形成回波，最后由接收器感测接收回波。
2.2 超声波测距方法
3 超声波测距方案的实现
3.1 硬件设计
本文使用渡越时间法进行超声波测距，测控芯片选用的是89c2051单片机。系统主要硬件设计包括稳压电路、超声波发射电路、超声波接收电路、以及测距显示电路。另外还有一个串口调试电路，主要用作超声波测距的数据调试和显示。工作过程描述：单片机的P3.3作为超声波发射控制端口，用于发射相关信号使发射电路起振从而发出超声波；超声波发出的同时、启动定时器计数，开始测量渡越时间；P3.2作为超声波接受控制端口，用于接收经障碍物反射的回波；一旦接收到有效回波信号，单片机的定时器立即停止计数得计数脉冲个数N并通过串口调试助手显示在电脑屏幕上，代入公式（2）计算可得出预测距离s，换算后的距离经由LCD1602实时显示。
发射电路主要由74LS04反射器和超声波发射辅助电路构成。单片机P3.3口输出40kHz 的方波信号分二路分别采用无反射器和一级反射器方式送入超声波换能器的二个电极，以此提高发射强度。另外输出端二路均并联两个74LS04反射器后经上拉电阻接入，以期在提高输出高电平的驱动能力的同时、增加超声波换能器的阻尼效果以减少振荡影响[3]。
接收部分的电路主要由NE5532P运放、LM339AJ比较器及超声波接收辅助电路构成。超声波接收部分是为了将回波顺利接收，因此要将声波信号转换成电信号，并对采集到的信号进行放大、比较等必要处理后输入到单片机P3.2口，以产生中断并立即让计数器停止计数，计数结果转化后显示在LCD1602上。液晶部分原理及控制相对简单，电路可参照其芯片资料的典型接法。
3.2 软件设计
利用51单片机的两个定时器，定时器1主要用于串口调试电路用于辅助计算串口波特率，定时器0用来计算时钟脉冲计数，以计算超声波所测距离。外部中断0接收由高到低的负脉冲，以检测回波信号并采取相应动作。系统主程序流程：系统初始化-发送超声波子程序-开INT0中断并启动定时器T0计数-检测回波并分别在串口和LCD上回显数据。
4 系统测试及结论
实验及数据分析表明，本超声波测距系统，虽然测距范围不是很大，但在精度上可以达到毫米以上级别。采用了串口调试助手以及示波器辅助测试，系统的实现更加可靠。当然，影响超声波测距的因素有很多。如温度因素，可以采取在软件中加入温度补偿程序或直接在硬件系统中加上测温技术，使其更能精准的测出更大范围内两个物体之间的距离，因此该系统还可以继续完善。
参考文献
[1]时德钢，刘晔，王峰等.超声波测距仪的研究[J].计算机测量与控制，2002.10.
[2]李戈，孟祥杰，王晓华等.国内超声波测距研究现状[J].测绘科学，2011.07.
[3]沙爱军.基于单片机的超声波测距系统的研究与设计[J].测绘科学，2009.11.