项目：超声波测距仪的设计.docx

项目：超声波测距仪的设计.docx项目:超声波测距仪的设计时间:2011/7/09-2011/7/21、超声波测距的基本原理谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波为直线传播方式,频率越高,绕射能力越弱,但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器,或称为超声换能器,它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为屯能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下nJ将电能转换为机械能,向外发送超声波;反之,当换能器处在接收状态时,它可将声能(机械能)转换为电能。,人们己经设计和制成了许多超声波发生器。总体丄讲,超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波,一•类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致仲缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。FI前较为常用的是压电式超声波发生器。。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于斥电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反Z,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。,在发射时刻的同n寸开始计n寸,超声波在空气屮传播,途屮碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气小的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s),即:s=340t/2最常用的超声测距的方法是回声探测法,超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时计数器开始计时,超声波在空气屮传播,途小碰到障碍物而阻挡就立即反射回来,超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。由于超声波也是一种声波,其声速V与温度有关。在使用时,如果传播介质温度变化不大,则可近似认为超声波速度在传播的过程屮是基本不变的。如果对测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的基本原理。如图1-1所示。超声波发射/障碍物图1-1超声波的测距原理H=Scos0O=arctg{—)H式屮:L-一两探头之间>|*:2S=vt式屮:v—超声波在介质>11的传播速度;t—(1—2)、(1—3)代入(1一1)中得:H=—vtcos[circt2—]2 H其屮,超声波的传播速度v在一定的温度下是一个常数(例如在温时,V=349m/s);当需要测量的距离H远远大于L时,则(1—4)变为:(1-1)(1-2)(1-3)(1-4)T=30度(1-5)所以,只要需要测量出超声波传播的吋间t,、硬件电路设计2・1整体电路设计整体电路的控制核心为单片机STC89C52RCo超声波发射和接收电路屮都对相应信号进行整形及放大,以保证测量结果尽可能精确。超声波探头接OUT口实现超声波的发射和接收。,经放大后通过超声波发射器输出,超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大,用NE553进行比较处理后,启动单片机屮屮断程序,测得时间为t,再由软件进行判别,计第测出距离数并送LCD显示。图2-,要求功率尽量大些,发射距离在5CM-150CM之间,电路力求简单实用。发射电路主要由反相器74HC04和超声波发射换能器构成,--路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极,另一路经两级反相器后送到超声波换能器的另一个电极,用这用推挽形式将方波信号加到超声波换能器的两端,可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反相器并联,用以提高驱动能力,上位电阻R30方面可以提高反相器74HC04输出高电平的驱动能力,另一-方面可以增加超声波换能器的阻尼效果,缩短其自由振荡吋间。如图2—3所示。图2-+带通滤波电路+后级放大电路的类似电路。通过波形整形,积分器,检波器,带通滤波,限幅放大和前置放大等实现接收超声波的功能。由于在距离较远的情况下,超声波的回波很弱,因而转换为电信号的幅值也较小,为此要求将信号放大一•万倍左右。如下图所示,电路由两级放大,前两级共放大一万倍,采用高速精密放大器NE5532运算放大器。第一级放大的倍数约为原来信号的5