基于40kHz超声波测距系统的设计.pdf

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1、基于40kHz超声波测距系统的设计兰羽(陕西工业职业技术学院电气学院，陕西咸阳712000)DesignofUltrasonicDistanceMeasurementSystemBasedon40kHzLANYu(ElectricalEngineeringDepartmentofShaanxiPolytechnicInstitute，Xianyang712000，China)摘要：在超声波测距技术中，超声波频率太高，O引言衰减越快，影响测量范围；超声波频率太低，受外界杂音干扰越大，测量精度降低。为

2、了避免这一问题，超声波是指振动频率高于20kHz的机械振动，系统采用40kHz的超声波8～16个脉冲群，以其有光的聚焦、折射及反射等特性，同时又穿透能力CX2O106A集成芯片作为接收电路。硬件采用单片强、能量集中、指向性好和传输过程中衰减较小等优机AT89C51作为信号控制与处理电路，软件采用C点。超声波测距技术是一种利用超声波信号在被测语言程序。经测试表明，测距系统范围为0．05～3介质中传播到接收传感器的时间来测量距离的一种m，相对对误差小于3。可在测量精度较高的环境方法。它具有非接触式测量

3、、精度高、范围宽和安装中应用。维护方便等特点[1]。为了克服超声波频率太高或关键词：超声波测距；超声波探头；CX2O1O6A；太低对超声波测距的影响，系统采用40kHz的超AT89C51声波，发射脉冲群含有8～16个脉冲，以单片机中图分类号：TN722AT89C51为核心，设计了超声波测距系统。文献标识码：A1超声波测距系统原理文章编号：1001—2257(2013)08—0066—03Abstract：Intheultrasonicrangingtechnology，超声波的测距原理如图1所示，

4、AT89C51产生ultrasonicwavesaretoohighinfrequency，attenua—40kHz的脉冲，经超声波发射电路，加在B向某一tionfaster，impactmeasurementrange；ultrasonic方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在frequencyistoolow，affectedbytheoutsidenoise空气中传播，途中碰到障碍物立即返回来，接收探头interferenceisgreater，lowmeasurementaccu

5、racy,．B接收到反射波就立即停止计时【3]。在标准情况Inordertoavoidthisproblem，thesystemadopts下，超声波在空气中的传播速度为340m／s，根据计40kHzultrasonic8——16pulsegroup，with数脉冲的重复周期T，得到渡越时间t—nT，因此，CX20106Aintegratedchipasthereceivingcircuit．测量实际上变成读出距离计数器的数码值。对目ThehardwareusedAT89C51microcontr

6、ol1erasa标距离R的测定转换为测量脉冲数，从而把时间signalcontrolandprocessingcirctiit，thesoftware这个连续量变成了离散的脉冲数[4]。得到时间t，就adoptsClanguageprogram．Thetestresultsshow可以计算出发射点距障碍物的距离S，即：S一340t／that：therangingsystemwithintherangeOf0．05～2，这就是超声波测距的基本原理。在超声波测距系3m，therelativeerror

7、is1essthan3．Canbeused统中，通常发射与接收探头之间有一定距离，为了提inhighprecisionintheenvironment．Keywords：ultrasonicranging；ultrasonicprobe；CX20106A；AT89C51收稿日期：2012—12—16基金项目：陕西工业职业技术学院院级科研项目图1超声波的测距原理·66·《机械与电子~2013(8)基于40Hz超声波测距系统的设高测量精度，需要考虑图1中指示夹角0。它通过1、8引脚位间电容的搭配，增益

8、最高可达H—1200。LM386可使用电池为供应电源，输入电压范sc。s(1)又知道超声波传播的距离为：围为4～12V，无作动时仅消耗4mA电流，且失真S—vt(2)低。原理如图3所示。为超声波在介质中的传播速度；t为超声波从发射到接收所需要的时间。将式(2)代人式(1)得：H—1vtcos8(3)Pl超声波的传播速度在一定的温度下是一个常数，当需要测量的距离H远远大于2探头B，B之1间距离时，则式(3)变为：H一_去_vt。所以，只要测量图3超声波发射模块原理2．3超声波接收电路