基于51单片机的汽车倒车雷达设计(6)

输出40kHz方波 - 15 -

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流程图：

超声波测距N 标志=1？Y发送超声波启动计时器T0延时避开盲区收到回波否？YN预设时间NN停止计时计算测量值结束

4.3 超声波测距流程图

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开始初始化启动定时器测量标志=0超声波测距=1距离>上限值NY显示值= - - -距离<盲区值N测量段码转换Y显示值=CCC设定段码转换显示N距离<报警值Y报警输出

第五章 系统调试与误差分析

5.1调试步骤

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我的步骤是先焊接各个模块，焊接完每个模块以后，再进行模块的单独测试，以确保在整个系统焊接完能正常的工作，原件安装完毕后，将写好程序的AT89S51机装到测距板上，通电后将测距板的超声波头对着墙面往复移动，看数码管的显示结果会不会变化，在测量范围内能否正常显示。如果一直显示“- - -”，则需将下限值增大。本测距板1s测量4-5次，超声波发送功率较大时，测量距离远，则相应的下限值（盲区）应设置为高值。试验板中的声速没有进行温度补偿，声速值为340m/s，该值为15℃时的超声波值。

注：由于条件原因调试时无法提供6V交流电与5V双USB接口线，所以由4.5V干电池与5V实验室稳压电源代替。

5.2 误差分析

超声波测距由于其再使用中不受光照度、电磁场、色彩等因素的影响，加之其结构简单成本低，在机器人避障和定位、汽车倒车、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用。在原理上将，超声波测距有脉冲回波法、共振法和频差法。其中脉冲回波法测距常用，其原理是超声传感器发射超声波，在空气中传播至被测物，经反射后由超声波传感器接收反射脉冲，测量出超声脉冲从发射到接收的时间，在已知超声波声速的前提下，可计算被测物的距离H，即：H=vt/2。由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波很难精确捕捉，致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素使超声波测距的精度和范围受到影响。

（1）温度对超声波波速的影响

空气中传播的超声波是由机械振动产生的纵波，由于气体具有反抗压缩和扩张的弹性模量，气体反抗压缩变化力的作用，实现超声波在空气中传播。因此超声波的传播速度受气体的密度、温度及气体分子成份的影响。其中温度对超声波在空气中的传播速度有明显的影响，当需要精确确定超声波传播速度时，必须考虑温度的影响。

（2）超声波回波声强影响

超声波回波声强与被测物得距离有由直接的关系，实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发。这种误差不能从根本上消除，但是可以通过根据测量距离调整脉冲群的脉冲个数以及动态调整比较电压来减小这种误差。

（3）电路本身影响

电路硬件和软件本身存在一定的缺陷，因此会造成测量误差，主要表现为： ①启动发射和启动计时之间的偏差。这是源于单片机一次只能处理一件事，所以启动发射和启动计时实际上不能同时完成，是先后完成的，存在时差。但只要指令速度足够快，其偏差可以忽略。

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②收到回波到被检测出的滞后。这是源于检测电路的灵敏度和判断偏差，从收到实际回波到电路确认并输出相应信号肯定存在滞后，这和回波信号强弱、检测电路原理以及判断电路的敏感性相关，也是超声波测距的核心。

③收到中断到中断响应停止计时之间的滞后。这是源于单片机的中断机制。收到中断信号后，单片机不可能立刻响应，至少要完成当前的指令，有时还要等待其它中断服务结束，所以这个滞后时间也不确定，从而导致测量结果的变化。但这个因素可以通过提高单片机速度，使用高优先级中断。

④计时器本身的误差。这是源于计时器本身。由于目前多数使用晶体振荡器，其稳定度和准确度为20-50 PPM 级别，对于音速而言，其带来的误差在mm级。为减小此项误差，应该提高计时的最小单位，即是选择频率高的晶振，从而降低量化误差。同时选用质量好的晶振。

（4）超声波波速入射角影响

超声波波束入射角也会对测量数据产生影响，由于系统是用来测量点和面的距离，则被测物表面，超声波发射探头和接收探头三者之间存在一个几何角度，即发射波入射到接收探头的角度，如果这个角度不是0度，系统测量到的距离是被测物与接收探头之间的距离而不是和测量参考面之间的距离，这就会造成测量误差。

（5）超声波传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响

制作超声波传感器的材料分为磁致伸缩材料和压电材料两种。超声波测距常用压电材料制作的传感器。超声波传感器外加脉冲电压的幅值会影响压电转换效率。当压电材料不受外力时，其应变S与外加电场强度E的关系为：

S=dE

其中d为应变电场常数。超声波传感器外加的脉冲电压影响压电材料的电场强度，从而影响其应变量和超声转换的效率，进而影响超声波幅值。这些会直接影响超声波的回波幅值。所以，为了提高压电转换效率，提高超声测距精度和范围，应尽量提高超声传感器外加脉冲电压的幅值。

结论

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