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1、ISSN1005-2763矿业研究与开发第26卷第3期2006年6月CN43-1215/TDMININGR&D,Vol.26,No.3Jun.20063一种高精度超声波测距系统的研制赵海鸣,卜英勇,王纪婵(中南大学机电工程学院,湖南长沙410083)摘要:介绍了超声波测距的原理.分析了超声波测距产生心的低成本、高精度、微型化的数字显示超声波测距误差的主要原因。提出通过温度测量修正超声波传播速度,系统的硬件电路和软件设计。应用双比较器整形结合软件准确确定回波前沿以提高空气中超声波测距精度的方法。在此基础上,设计了相应的超声1超声测距原理波测距系统电路和软件。实验表明,该测
2、距系统测量精度用于距离测量的超声波通常是由压电陶瓷的压高,电路简单。电效应产生,这种压电陶瓷传感器有两块压电晶片关键词:超声波测距;测距精度;回波前沿;系统设计中图分类号:TB559文献标识码:A和一块共振板,当给它的两极加频率等于晶片固有文章编号:1005-2763(2006)03-0062-04频率的脉冲信号时,压电晶片就会发生共振,并带动共振板振动,从而产生超声波,超声波经固体表面或DevelopmentofanUltrasonicDistanceMeasurement液体反射折回,由同一传感器或相邻布置的另一传SystemwithHighPrecision感器接
3、收,测量超声波整个运行时间t,计算出发射ZhaoHaiming,BuYinyong,WangJichan点与反射点的距离s:(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha,Hunan410083,China)s=c·t/2(1)Abstract:Inthispaper,theprincipleofultrasonicdistance式中:c为超声波的传播速度,m/s。超声波在固体measurementisdescribed,themainerrorsourcesof
4、ultrasonic中传播速度最快,在气体中传播速度最慢,而且声速distancemeasurementareanalyzedalso.Amethodofimproving受温度影响最大。超声波在空气中的传播速度为:precisionofultrasonicdistancemeasurementinair,inwhichthec=331.4×1+T/273(2)transmissionspeedofultrasonicwaveiscorrectedbymeasured式中,T为环境摄氏温度,℃。airtemperatureandtheforwardedgeofrecei
5、vewavecanbede2terminedaccuratelybyuseofthetwocomparingcircuitsofultra2超声波从超声传感器发出,在空气中传播,遇到sonicsignalincombinationwiththesoftware.Basedontheide2被测物反射后,再传回超声传感器。整个过程,由于a,thecircuitandsoftwareofultrasonicdistancemeasurement吸收衰减和扩散损失,声强随目标距离增大而衰减;systemhavebeendesigned.Experimentindicatest
6、hatthemeas2同时超声波的衰减随频率增大而成指数增加,但频uringprecisionofultrasonicdistancemeasurementsystemis率越高,指向性越强,这一点有利于距离测量。本文higheranditscircuitissimpler.讨论在空气中测量距离,选用40kHz的超声探头。KeyWords:Ultrasonicwavedistancemeasurement,Precisionofdistancemeasurement,Forwardedgeofreceivewave,System超声传感器接收到的信号的幅值随距离增大而减
7、design小,远目标回波信号幅度小、信噪比低,用固定阀值超声波测距是一种非接触式检测方式,在使用的比较器检测回波,可能导致越过门槛的时刻前后中不受光照度、电磁场、被测物色彩等因素的影响,移动,从而影响计时的准确性,这会影响测量的准确加之其信息处理简单、速度快、成本低,在机器人避度。为了提高超声波测距的精度,需要准确地检测障和定位、车辆自动导航、液位测量等方面已经有了到第一个回波脉冲前沿的到达时间,为此,提出双比广泛的应用。本文介绍一种以89C52单片机为核较器整形确定回波前沿的方法。3收稿日期:2005-08-09基金项目:国家自然科学
