基于單片機(jī)的超聲波房屋面積測量儀

鄧權(quán)（湖南人文科技學(xué)院，湖南 婁底　417000）

基于單片機(jī)的超聲波房屋面積測量儀

鄧權(quán)
（湖南人文科技學(xué)院，湖南 婁底417000）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，一座一座高樓大廈平地而起。在建筑施工、室內(nèi)裝修以及人們購房過程中需要測量房屋面積，人工用卷尺測量即費(fèi)勁又費(fèi)時(shí)間，而且有可能計(jì)算出錯(cuò)，而基于單片機(jī)的超聲波房屋面積測量儀能夠快速的測量出面積，方便快捷。本文將對基于單片機(jī)的超聲波房屋面積測量儀做簡單論述。

超聲波；測距儀；單片機(jī)

超聲波測量是一種極有潛力的方法，近距范圍內(nèi)超聲波測量有其不受光線影響、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、信息處理簡單可靠等特點(diǎn)。超聲波測量另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是：環(huán)境介質(zhì)可以為空氣、液體或固體，適用范圍廣泛。更重要的是超聲波檢測降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，避免工人在惡劣工作環(huán)境下（ 高、低溫，高、低壓，強(qiáng)輻射，有毒氣、液體環(huán)境等）受到傷害， 還大大提高了測量精度，可靠性高。

一、超聲波簡述

在日常車道保障與維護(hù)過程中，工程車、充氣車、電源車、加油車等諸多車輛常常需要在停車坪附近穿行、掉頭或倒車。由于這些低速行駛的車輛之間非常接近，駕駛員的視野頗受限制，碰撞事故時(shí)有發(fā)生，在夜晚時(shí)則更顯突出。利用超聲波測量系統(tǒng)，可以有效地提高車輛在保障和維護(hù)過程中的安全性和可靠性。隨著生活水平的不斷提高，汽車進(jìn)入家庭的消費(fèi)意識的不斷增強(qiáng)。中國城市汽車的保有量迅速增加。隨之而來的是交通事故與日俱增，城市里尤其突出。發(fā)展智能交通系統(tǒng)是二十一世紀(jì)交通運(yùn)輸?shù)闹匾l(fā)展方向。智能交通系統(tǒng)在充分發(fā)揮現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，提高運(yùn)輸效率。保障交通安全，緩解交通堵塞，改善城市環(huán)境等方面的卓越效能，已得到各級政府的廣泛關(guān)注。我國政府也開始高度重視智能交通系統(tǒng)的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用。

因此智能型的測量系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用與汽車領(lǐng)域?qū)⑵鸬椒浅４蟮淖饔?，將有效地緩解交通壓力，減少交通事故的發(fā)生率。智能型超聲波測量系統(tǒng)是進(jìn)行交通管理的有效手段和工具，它可提高車輛距離檢測的準(zhǔn)確性，有利于交通運(yùn)輸?shù)目茖W(xué)管理，降低對駕駛?cè)藛T本身的素質(zhì)要求。除了能大大減少工作量，更重要的是它能準(zhǔn)確、定時(shí)、定量、高效地對距離進(jìn)行測量。

現(xiàn)代超聲波測量儀的研究使用在我國汽車行業(yè)還為數(shù)不多，與發(fā)達(dá)國家相比，有較大的差距，還基本停留在初級階段，即使有些高檔車配置有測距系統(tǒng)，也僅僅是少部分的進(jìn)口車。

超聲波測量系統(tǒng)的應(yīng)用不僅僅大大減輕了測距人員的工作強(qiáng)度，對許多常規(guī)測量所無法實(shí)現(xiàn)的檢測進(jìn)行因能進(jìn)行有效地測量，進(jìn)一步擴(kuò)大了測量的廣度，而且超聲波測量本身具有很高的測量精度，因此對精度的提高也起到了一定的作用。單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差，然后計(jì)算出相應(yīng)的距離。超聲波測量系統(tǒng)由于不受光線、電磁波、粉塵等的影響，其精度能達(dá)到厘米數(shù)量級的工程測距精度等的優(yōu)點(diǎn)，在橋梁、隧道、涵洞等的距離檢測中占有一定的優(yōu)勢。

二、超聲波測量系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

按設(shè)計(jì)任務(wù)要求，超聲波房屋面積測量儀是根據(jù)“回波測距”的原理設(shè)計(jì)的。由超聲波的發(fā)射器發(fā)射超聲波，超聲波接收器接收回波。測出從超聲波發(fā)射脈沖串時(shí)刻到接收回波信號時(shí)差，超聲波在同溫同介質(zhì)中的傳播速度可知，將時(shí)刻差與聲速相乘，得出距離

并通過軟件數(shù)據(jù)處理在LCD顯示距離、面積等。根據(jù)聲波傳播特性可以知道，該測量儀只能測量有規(guī)則的面積，比如長方形、正方形等面積。超聲波房屋面積測量儀總體設(shè)計(jì)框圖如下：

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的超聲波房屋面積測量儀系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要包括中央控制器、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、LCD顯示模塊、串口通訊模塊及鍵盤部分組成。中央控制器采用以AT89S52為核心的單片機(jī)芯片，超聲波發(fā)射模塊采用74LS04芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射傳感器發(fā)射40kHz的聲波，超聲波接收模塊采用CX20106紅外接收芯片進(jìn)行信號的接收、放大、濾波等，串口通訊模塊采用MAX232芯片進(jìn)行單片機(jī)與PC機(jī)之間的通訊，用LCD 1602液晶顯示作為顯示器。軟件主要包括系統(tǒng)初始化模塊、超聲波驅(qū)動(dòng)、信號處理模塊及顯示模塊。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，可使程序設(shè)計(jì)思路清晰，便于調(diào)試。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了一些抗干擾措施。比如對信號的處理采用了放大、濾波等措施，軟件處理輔助各硬件部分工作。

三、結(jié)論

本文通過對超聲波在媒質(zhì)中的傳播特性、超聲換能器的工作機(jī)理分析和超聲波測距的原理及控制，提出設(shè)計(jì)方案，考慮多種誤差因素，設(shè)計(jì)了一種小盲區(qū)的超聲波房屋面積測量儀，保證測量精度。由于時(shí)間和精力等多方面的原因，此控制系統(tǒng)多少還存在一些不足之處，有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高。主要包括：（1）PCB抗干擾能力有限，超聲波發(fā)射接收器之間依然存在直達(dá)波間或影響。（2）放大電路中，由于集成芯片、電阻、電容的熱噪聲影響，對遠(yuǎn)距離的微弱信號放大有干擾作用。

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