基于单片机的超声波测距系统设计及实现

　　由于采用12 MHz的晶振，机器周期为1μs,当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器TO中的数值按式（1）计算，即可测得被测物与测距仪之间的距离，取20℃时的声速为344 m/s.则有：

　　其中，T为计数器TO的计数值。

　　4 提高测量精度

　　4.1 温度补偿

　　由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，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。

　　可知，超声波在空气中的传播速度与温度T（单位：摄氏度）有如下近似关系：

　　其中，C0为0℃时的声波速度为331.45 m/s,T为实际温度（℃）。在常温下，温度每变化1摄氏度，超声波速度变化约为O.6 m/s,所以通过测温电路测量出当前温度，就可以计算出超声波在当前温度下的传输速度。

　　测温电路采用的主要元器件是美国Dallas半导体公司生产的单总线数字温度传感器DSl8B20,其具有精度高、智能化、体积小、线路简单等特点。

　　4.2 角度补偿

　　由于发射与反射之间存在一定的夹角2α，当α很小时，可直接按式（1）计算距离；当α较大时，则必须进行距离修正，其修正公式为：

　　在式（3）中，夹角α与超声波发射装置和接收装置的安装位置有关，在实际应用中应保持两换能器中心轴线尽量平行并相距2 cm~4 cm,在近距离测量时更要考虑角度补偿。若能够将超声接收电路屏蔽起来，则可提高抗干扰性能。根据测量范围可适当调整与接收换能器并接的滤波电容的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。

　　5 结论

　　为防止在测量过程中测距仪的抖动而引起的测量误差，一般情况下应测量几次取其平均值。由于系统的分辨率为1μs,系统引起的固定误差约为0.3mm,再加上本设计只考虑了温度补偿和角度补偿的影响，而没有考虑其他环境因素（如：气压、湿度……）的影响，所以在测量的时侯给测量结果带来了一定的误差。