基于凌阳61系列单片机的超声波测距系统
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于凌阳61系列单片机的超声波测距系统范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要 本文设计以SPCE061A作为应用控制核心,超声波测距模组及其控制电路相结合的带语音功能的超声波测距系统。其优点硬件功能强大,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高等特点,具有一定的使用和参考价值。
中图分类号TP316文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)20-0126-02
0 引言
由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲,超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等。目前,较为常用的是压电式超声波发生器,通常用于小距离检测、障碍物检测等。
1 超声波测距原理
超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s),即:s=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知,测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间,根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见,超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为:L=C×T
式中L为测量的距离长度;C为超声波在空气中的传播速度;T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。
超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量,虽然目前的测距量程上能达到百米,但测量的精度往往只能达到厘米数量级。
2 系统硬件设计
2.1 SPCE061A芯片
SPCE061A是台湾凌阳公司开发语音专用芯片,将MCU, A/D, D/A, RAM,ROM集成在一块芯片上,同时具有较高16位*16位的乘法运算和内积运算功能,CPU最高时钟可达到49MHz。因此,在处理复杂的数字信号方面它可以和DSP相媲美,但其价格却要比专用的DSP芯片廉价。它具有较强的中断处理能力,系统支持10个中断向量及10余个中断源,适合实时语音处理,并具有双通道10位DAC方式的音频输出功能,配置带自动增益控制功能(AGC)的麦克风输入方式,为语音处理带来了极大便利。所以本系统选择SPCE061A作为系统的核心。
2.2 超声波测距模组
一般单模组应用时,只需要用10PIN排线把J8与SPCE061A的IOB低八位接口接起来,同时设置好J7、J1、J2跳线就完成硬件的连接了。不同测距模式的选择只需改变测距模式跳线J1的连接方法即可。
1)3种测距模式选择跳线J1(短距、中距、可调距):
(1)短距:10cm~80cm左右(根据被测物表面材料决定);
(2)中距:80cm~400cm左右(根据被测物表面材料决定);
(3)可调:范围由可调节参数确定。
2)单/多模组的两种使用方法(单传感器、阵列式传感器):
(1)单模组使用:单模组就可完成测距实验,一般只用来做测距/障碍物方面的应用;
(2)多模组配合使用:模组上提供接口J5、J6,可将几个模组串联起来,组成阵列式的传感器组。
2.3 硬件系统的总体方案设计
整个系统以SPCE061A 为核心,配合超声波测距模组、语音播报设备及其控制电路。模组电源由61板提供,即设置模组供电跳线J9短接2、3脚(将中间的排针和5V短接);单/多模组选择跳线J2短接,使回波接收通道始终保持导通;测距模式选择跳线J1选择到“LOW”一端。
3 系统实现
3.1 主程序流程图
流程图以及相关的程序流程图如图2所示:
3.2 超声波测距程序
用户需要先调用测距初始化函数InitMeasure(),再调用该函数BeginMeasure()即可进行一次测距操作,函数返回值为测量结果。每一次测距要进行四次测量,这四次的测量结果需要经过处理后才可得到最终的测距返回值,而四次测量的控制以及测量结果的处理都是在这个函数中完成的,具体的处理方法:每一次测距中的四次测量的间隔时间用16Hz的时基中断来控制;每一次测量,先发射20个40KHz脉冲(参见16Hz中断),然后使能测量时间基准计数器,当计数到4ms时,打开EXT1外部中断,等待回波反射到接收头。四次测量全部完成后,再对测量的结果进行处理、换算,以及出错处理,用户可以根据不同的应用对数据处理部分的程序作适当的调整。其中等待4ms的原因:压电式的电声传感器存在余波干扰,而有部份声波会沿电路板直接传到接收头,经接收电路的放大后,系统就有可能把它误认为是反射回来的回波信号。
4 结论
本方案的可扩展性比较强,整个程序的程序框架已经搭建好,可以继续编写程序完成其它功能。进一步优化系统的算法,使测距更加准确。
参考文献
[1]李淑萍.基于单片机AT89S52的超声波测距系统的设计[J]. 自动化与仪器仪表,2009(11).
[2]肖志红,汉泽西.一种基于单片机的超声测距系统的设计 [J].现代电子技术,2006(10).
[3]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京:北京航空航 天大学出版社,2006.