基于超声波的距离控制系统的设计与实现
摘 要：文章以AT89C52单片机做主控单元设计的超声波距离控制系统，采用步进电机控制测量距离，温度传感器进行温度补偿，并将显示结果用LCD的形式显示出来，通过测试，发现该系统可以准确的进行定点测量和距离控制，满足设计要求。
关键词：超声波；距离控制；单片机
中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2019）06-81-03
Design and Implementation of the Distance Measure and Control System
based on Ultrasonic*
Sui Meili， Ren Xiaolong
（Beijing Polytechnic， Beijing 100176）
Abstract： The ultrasonic distance control system is designed with AT89C52 single chip computer as the main control unit. Stepping motor is used to control the measuring distance. Temperature sensor is used to compensate the temperature. The display results are displayed in the form of LCD. Through the test， it is found that the system can accurately measure and control the fixed-point distance to meet the design requirements.
Keywords： Ultrasound； Distance Control； Single Chip Microcomputer
CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2019）06-81-03
前言
超声波能量消耗缓慢、指向性强，在介质中传播较远的优点被广泛使用[1]，本设计采用AT89C52为主控芯片设计的基于超声波的距离控制系统，与被测物体非接触测量，可清晰、稳定的显示测量结果。并通过步进电机实现测距系统的移动，进行距离的控制。
1 系统硬件的选取
硬件电路包括单片机及显示电路、超声波发射接收电路、步进电机控制电路和温度补偿电路，系统框图如图1所示。超声波传感器，采用的型号为ULTD5N-350，工作电压直流5V，工作电流1.5mA 工作频率40HZ，测量范围3cm-350cm，测量精度满足设计要求。考虑到功能和成本选取了AT89C52单片机做主控单元。显示器选用RT1602C液晶显示器做显示器件，可现实16字两行显示。步进电机采用1.8两相混合式步进电机42H48A-1704S。超声波的速度和温度关系，采用DS18B20作为温度传感器采集数据，实现温度补偿。
AT89C52是8 位通用处理器[2]，常用管脚有：振荡器输入输出端口XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚），外接12MHz 晶振。复位输入端口RST/Vpd，通过外接电阻电容组成复位电路。供电端VSS（20脚）和VCC（40脚），接5V电源正负端。通用I/O 脚P0-P3，由软件定义功能用途。AT89S52的管腳除了电源、复位、时钟接入、用户I/O口部分P3外，还有地址总线，数据总线和控制总线形式[3]。
2 系统软件设计
超声波测距系统的软件设计主要由主程序、显示子程序和温度补偿子程序组成，其中超声波发射、超声波接收程序和步进电机控制程序在主程序中，主程序用C语言实现。系统总体流程图如图2所示。
LCD显示器是利用信号和电压改变液晶分子的转动，改变光线的传输方向特性实现信息显示。液晶显示器具有性能稳定、重量轻、功耗低，显示精准等特点得到了广泛的应用。LCD使用之前须经过复位程序完成初始化，然后进行相应的功能设置，输入方式设置，并通过开与关按钮实现显示设置，LCD显示流程图如图3所示。
由于超声波的声速与环境温度有关，在使用时，如果环境温度变化较小，可认为声速保持不变。但对于测距精度要求较高的系统，须采用一定温度补偿的方法进行校正。相应温度下的距离可以根据声速和超声波的往返时间进行计算。不同环境温度下声速变化关系如表1所示，温度补偿子程序流程如图4所示。
3 系统测试
系统经过上电前检查和调试后进行了定点测试和距离控制测试，结果如表2和表3所示。经过多轮测试后，误差均小于2cm，结果理想，符合设计要求。
4 结论
以AT89C52单片机做主控单元，设计的超声波的距离控制系统，通过步进电机控制测量距离，温度传感器进行温度补偿，并将显示结果用LED的形式显示出来，通过测试，发现该系统可以准确的进行定点测量和距离控制，满足设计要求。
同时该系统测试处于理想状态，在实际应用中会有很多的干扰因素，比如场环境干扰、时钟脉冲频率传感器是否和测量件处于水平位置等，建议在实际应用时，需采用合理补
偿手段。
参考文献
[1] 隋美丽，龙建，杨立平，等.汽车倒车防撞报警器的设计[J].汽车实用技术，2018，278（23）：83-84，104.
[2] 华兵.MCS-51单片机原理应用[M].武汉：武汉华中科技大学出版社，2002.5.
[3] 李华.MCU-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993. 6.