带温度补偿的超声波测距系统设计.docx

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南通大学
传感器与检测课程设计(预****报告
项目:带温度补偿的超声波测距系统设计
班级:
姓名:
学号:
联系方式:
学期:2015-2016-2
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前言 3
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 做发射电路 7
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。 12
:系统结构框图 12
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:系统结构图如下。 13
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前言
以AT89S51单片机为核心,设计了一种带温度补偿的超声波测距系统。系统包括单片机、超声波发射及接收模块、温度补偿模块、信息显示模块。温度补偿模块采用温度传感器DS18B20采集环境温度,根据超声波速度与温度值的对应关系及时修正波速,以纠正温度的变化引起超声波测距系统产生的误差。


集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器,它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温、控温,不需要进行非线性校准,外围电路简单。   

由于声音的速度在不同的温度下有所不同,因此为提高精度,应通过温度补偿对超声波的传播速度进行校正。系统采用DS18B20传感器测量温度,DS18B20温度传感器具有不受外界干扰、精度高、测温范围宽等优点。单片机口接DS18B20数据总线,控制DS18B20进行温度转换和传输数据,数据总线接10kΩ的上拉电阻,作用是使总线控制器在温度转换期间无需一直保持高电平。
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AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路,广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好,常用于测温和热电偶的冷端补偿。AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比,当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ时,输出电压随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差,电阻也有误差,因此应对电路进行调整。调整的方法为:把AD590放于冰水混合物中,调整电位器R2,使=。或在室温下(25℃)条件下调整电位器,使=+25=(mV)。但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。
AD590把被测温度转换为电流再通过放大器和A/D转换器,输出数字量送给单片机进行温度控制。

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通过查阅资料与比较分析可得:AD590需要和高精度ADC配合使用才能得到数据,优点是速度快,编程简单,缺点是是需要校准,电路复杂,成本高。DS18B20保证精度足够,电路简单成本低,但是编程复杂,转换速度慢,但关键的是DS18B20性价比高,如果广泛选用,所带来的社会效应比较好,有利于环保节能。
综上所述:由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一个芯片,与单片机连接简单、方便,与AD590相比是更新一代的温度传感器,DS18B20不需要AD转换,精度高,电路简单且成本低,可行性好,经济性好,所以选用DS18B20。

-SRF04。选用HC-SR04集成发射与接收HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能,其结构简单,使用单片机控制电路简单容易,而且价格便宜。该模块包括超声波发射、接收与控制电路。发射电路主要由Em78p153单片机、MAX232及超声波发射头T40组成,接受电路主要由TL074
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运算放大器及超声波接收探头R40组成。实物如图如下
超声波发射电路
超声波接受电路
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 做发射电路
MAX232芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,如图所示,使用+5v单电源供电。MAX220–MAX249系列线驱动器/接收器,专为EIA/TIA-,尤其是无法提供±12V电源的应用。 
发射电路如图
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-16T和一支超声波接收传感器TCT40-16R。TCT40-16T可以发40kHz左右的方波脉冲信号。信号由单片机端口提供,由于单片机端口输出功率不够,40kHz方波脉冲信号需经功率放大以便使发射距离足够远,满足测量距离要求。TCT40-16R作接收传感器,经LM358放大后进入LM567进行锁相环检波。当LM567的引脚输入合适的信号时,其引脚产生一个负跳变,在编程时将外部中断0的中断触发方式设置为下降沿触发,就可以通过INT0产生一个外部中断申请,由CPU来检测并理。

74LS04是德州仪器生产的六反向器,总共有14个引脚,引脚1A~6A是输入端,引脚1Y~6Y是输出端,另外还有两个分别是电源的正负Vcc和GND端
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~,输入高电平电压最小值是
2V,,输出高电平的时候电流时400,输出低电平的时候电流是8mA,输出由低到高或者由高到低的传输时间最大时15ns。超声波发射电路利用单片机AT89C51的P3.
端口发射40kHz的方波,通过芯片74LS04六反向器来驱动超声波传感器来发射超声波。该测距电路的40kHz方波信号由单片机的
,方波的周期为1/40ms,即25s,。每隔半周期时间,让方波的输出引脚电平取反,便可以产生40kHz的方波。因为我们的单片机采用的晶振是12M的,单片机的时间分辨率是1s,所以只能产生半周期为12s或者13s的方波信号,频率分别是
,本系统选择了后者,
的方波。
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单片机的引脚产生的40kHz的方波信号,一路经74LS04的一级反向后送到超声波发射传感器的一个电极;另一路经过二级反向后送到超声波发射传感器的另外一个电极。利用这种推挽的方式把方波信号加到超声波发射传感器的两极,这样的方式能增强超声波的发射强度,另外输出端采用两个反向器并联的方式来增强系统驱动能力,两个上拉电阻一方面可以提高反向器的驱动能力,另一方面可以增加超声波传感器的电气阻尼效果,大大缩短电气振荡的时间。

CX20106A采用8脚单列直插塑料封装,主要由以下几个部分组成前置放大器,限幅放大器,带通滤波器,检波器,积分器和整形电路,CX20106A在输入微弱信号的时候,前置放大器具有很高的增益,而在输入强信号的时候又不会过载。内部的滤波器中心频率可以由其引脚5外接电阻进行调节,范围可以从30kHz~60kHz。CX20106A
的工作过程如下:前置放大器把超声波接收传感器检测到的微弱电压信号进行放大,电压增益约为