基于ATMEGA8的高精度超声波测距仪设计

摘要 针对普通超声波测距系统测量精度低的问题，介绍了一种由ATMEGA8单片机控制的实时超声波测距系统，电路主要采用专用时间测量芯片TDC—GP21，并考虑了温度补偿，有效地保证了系统则量精度和低功耗特性。
关键词 TDC-GP21；超声波测量；时间测量；ATMEGA8

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中的传播距离较远，因而超声波经常用于距离测量，如测距仪和物位测量仪等都可以用超声波来实现。利用超声波检测较为迅速、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。因而超声波测距，多应用于汽车倒车雷达、机器人定位、建筑工地以及一些工业现场的位置监控，如液位、井深的测量等场合。目前，石油石化行业对油库和水箱液面的精确测量和控制的要求越来越高，基于以上需要，以ATMEGA8为控制核心，利用专用时间数字转换芯片TDC—GP21为测量环节，设计了一种高精度的小型化超声波测距系统，并介绍了系统的硬件和软件设计方法。

1 超声波测距基本原理
超声波测量技术是基于蝙蝠等无目视能力的生物防御及捕捉猎物生存的原理，利用超声波借助空气媒质传播，通过遇到障碍物反射回来的时间间隔长短及被反射超声波的强弱判断障碍物性质和位置的方法。本系统采用时间间隔检测法，即测距时超声波发射器有规律发射超声波，遇到被检测对象后反射回来，通过超声波接收器接收到反射波信号，并将其转变为电信号，测出从发射超声波至接收到反射波的时间差
(时间间隔t)。t与超声波传播速度c相乘可求出被测距离s，即

由于超声波的声速和温度有关，如果温度变化不大，认为声速基本不变。如果测距精度要求高，那么可以通过温度补偿的方法加以校正。不同温度下超声波在空气中的传播速度随温度变化关系
c=331．4+0．61T (2)
式中，T为实际温度；c的单位为m／s。

2 超声波测距系统设计
根据超声波的工作原理，结合现场的使用需要，设计了一种低功耗、高精度、加密数据存储、便携式读写功能的超声波测距系统。超声波测距系统框图如图1所示。