超声波测距+电路+论文

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1、超声波测距器,可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在2.5m,测量精度1cm,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、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,因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 为了使移动机器人能自动避障行走,就必须装备测距系统,以使其及时获取距障碍物

2、的距离信息(距离和方向)。本文所介绍的三方向(前、左、右)超声波测距系统,就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。本文旨在设计一种能对中近距离障碍物进行实时测量的测距装置,它能对障碍物进行适时、适量的测量,起到智能操作,实时监控报警10cm的作用。关键词单片机AT82S51 超声波  传感器  倒车雷达一、硬件设计方案设计思路 超声波传感器及其测距原理 二、超声波测距原理  1、超声波发生器  为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲,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

3、声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;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。目前较为常用的是压电式超声波发生器。  2、压电式超声波发生器原理-12-  压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示,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,其频率等于压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。反之,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

4、成为超声波接收器了。  3、超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中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。超声波在空气中的传播速度为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。这就是所谓的时间差测距法。表1声速与温度关系表温度(℃)-30-20-100102030100声速(米/称)313319325323338344349386  三、超声波测距系统的电路设计  本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往

5、返时间的计时,单片机选用28脚PIC16F873,经济易用,且片内有4K的ROM,便于编程。电路原理图如图2所示。其中只画出前方测距电路的接线图,左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同,故省略之。  1、40kHz脉冲的产生与超声波发射  测距系统中的超声波传感器采用UCM40的压电陶瓷传感器,它的工作电压是40kHz的脉冲信号,这由单片机执行下面程序来产生。  PUZEL:MOV14H,#12H;超声波发射持续200ms  HERE:CPLP1.0;输出40kHz方波  NOP;  NOP;  NOP;  DJNZ14H,HERE;  RET-12-前方测距电路的

6、输入端接单片机P1.0端口,单片机执行上面的程序后,在P1.0端口输出一个40kHz的脉冲信号,经过三极管T放大,驱动超声波发射头UCM40T,发出40kHz的脉冲超声波,且持续发射200ms。右侧和左侧测距电路的输入端分别接P1.1和P1.2端口,工作原理与前方测距电路相同。  2、超声波的接收与处理接收头采用与发射头配对的UCM40R,将超声波调制脉冲变为交变电压信号,经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2。IC2是带有锁定环的音频译码集成块LM567,内部的压控振荡器的中心频率f0=1/1.1R8C3,电容C4决定其锁定带宽。调节R8在发射的载频

7、上,则LM567输入信号大于25mV,输出端8脚由高电平跃变为低电平,作为中断请求信号,送至单片机处理。-12-  前方测距电路的输出端接单片机INT0端口,中断优先级最高,左、右测距电路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1端口,同时单片机P1.3和P1.4接到IC3A的输入端,中断源的识别由程序查询来处理,中断优先级为先右后左。部分源程序如下:  RECEIVE1:PUSHPSW  PUSHACC  CLREX1;关外部中断1  JNBP1.1,RIGHT;P1.1引脚为0,转至右测距电路中断服务程序  JNBP1.2,LEFT;P1.2引脚为0,转至左

8、测距电路中

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