基于时差测距原理的超声波测距系统的设计.pdf

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1、Science&TechnologyVision科技视界科技·探索·争鸣基于时差测距原理的超声波测距系统的设计邵扣宗(江苏省靖江中等专业学校，江苏靖江214500)【摘要】超声波测距技术在社会生活中己有广泛的应用，超声波测距传感器在车辆避障与安全预警系统、车辆自动导航和现场机器人等专题中具有广阔的应用前景。本文根据超声波特征及测距原理，完成了一款以单片机为核心的基于时差测距原理的一种超声波测距系统的软硬件设计。【关键词】超声波；距离测量；单片机0引言择40kFIz的方波信号，但是实际情况是我们可以得到频率为39kHz到40kHz之间的信号超声波作为一种检测技术．采用的是非接触式测量．此特点

2、可使(2)发射电压测量仪器不受被测介质的影响

3、j_zI。这就大大解决了在粉尘多情况下，传感器发射电压大小主要取决于发射信号损失及接收器的灵敏给人类引起的身体接触伤害。腐蚀性质的被测物对测量仪器腐蚀，触度在发射端电源处极其容易产生干扰，可以选择适当大小的电容进点接触不良造成的误测情况。且对被测元件无磨损．使测量仪器牢固行滤波。设计的发射电路如图2所示。耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量消耗，节省人力和劳动的强度无论从精度还是从可靠性方面．超声波测距做得都比较好。利用超声波检测即迅速，方便，计算简单，又易于做到实时控制．并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，具有广泛的发展前景。这些年来．随

4、着超声波技术研究的不断深入，超声波的应用变得越来越普及。目前已经广泛地应用在机械制造、电子冶金、航海等工业领域目前国内专用超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度图2超声波发射放大电路1超声波测距原理本硬件设计采用超声波往返时间检测法．其原理为：检测从超声2-2接收部分在传感器接收的信号中．除了障碍物反射的回波外．总混有杂波波发射器发出的超声波．经气体介质的传播到接收器的时间．即往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的距离。而所和干扰脉冲等环境噪声。环境噪声主要集中在低频段，远离回波信号测距离是声波传输距离的一半．即：频率因此系统的总噪声系数主要有接收机的内部噪音决定

5、．其功率谱宽度远大于接收机的通频带．而且内部会产生一个有用信号频率基L=l／2vt(1)在上式中．为待测距离，为超声波的声速，t为往返时间。由下本相同，只有辐值不同的信号，可以使用一些特殊的电路将其隔离。接式计算测量误差：收电路如图3所示o'L=vo'At+Atov(2)式中．o-L为测距误差，为声速．为时间测量误差．为声速误差2超声波测距系统的硬件设计发射电压从理论上来说是越高越好．因为对同一只发射传感器而言，电压越高．发射的超声波功率就越大．这样能够在接受传感器上接收的回波功率就比较大，对于接收电路的设计就相对简单～点。但是．每一只实际的发射传感器有其工作电压的极限值，会对传感器的内部

6、电路造成不可恢复的伤害发射部分的点脉冲电压很高，但是由于障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压不过几十毫伏．要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度．最终达到对回波进行放大检测．产生一个单片机图3接收电路能够识别的中断信号作为回波到达的标志2-3检测单元接收信号放大到2v左右时．就可以进行信号检测．信号检测的目的是确定接收信号的到达时间．这是整个电路一个关键的地方因为墨它不仅决定系统的测量精度，还关系到整个系统是否能正常工作检测电路设计的要求是保证每次接收信号都能被准确的鉴别出来转换成数字脉冲去触发单片机的外中断引脚．通常采用某一固定电平或滑动门限电平作为比较电平．以零电作为比较电平

7、是行不通的这样一来，即使没有接收信号，也会造成比较器反复触发，从而无法判图1超声测距硬件结构图断那个信号是真正的接收信号。若采用某一高于一般噪声峰值的固定电平，这样就可以消除一般噪声的影响．而且比较电平固定．可以实现2．1发射部分对电路信号的准确检测(1)发射波形2．4显示单元发射部分用单片机产生40kHz的方波，然后加以驱动。波形经过显示器是一个典型的输出设备．而且其应用是极为广泛的．几乎放大后发生轻微变化后送至发射传感器发射出的信号．理论上是稳定所有的电子产品都要用到显示器．其差别仅在于显示器的结构类型不变化的，为使传感器充分震荡，发射脉宽不可以过小，一般来说我们选作者简介：邵扣宗，男

8、，江苏靖江人，电气自动化专业大学毕业，工学学士，机械工程硕士，中职电子电工专业讲师。science&Techn。。gyVisi。n科技视界}’77并技·探索·争I毫Sc科ience&技Tech视nology界Vision同而已。最简单的显示器可以使用LED发光二极管．给出一个简单的3．4数据输出与显示开关量信息经软件处理得到距离传送的四位LED显示2．5声速校正由于距离值的得到及显示是中断子程序中完成的．因此在初始化发射