高精度超声波测距系统的设计.pdf

《高精度超声波测距系统的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2012年仪表技术与传感器2012第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11高精度超声波测距系统的设计温宗周，李富宁，夏自帮(西安工程大学电子信息学院，陕西西安710048)摘要：针对超声波测距系统补偿方案单一，不能在恶劣环境下实现超声波高精度测距的缺陷，文中设计了两种标准挡板，利用标准挡板方法实现高精度超声波测距。首先分别测量单位距离的传播时间和待测距离的传播的时间，然后根据两个时间的比值就能够得出准确距离。实验结果表明，文中设计的测距系统能够实现恶劣环境下的高精度测距。

2、关键词：换能器；标准挡板；回波中图分类号：TP216．1文献标识码：A文章编号：1002—1841(2012)11—0089—03DesignofHigh-precisionUltrasonicRangingSystemWENZhong—zhou，LIFu—ning，XIAZi—bang(SchoolofElectronicsandInformation，XihnPolytechnicUniversity，Xi’an710048，China)Abstract：Becauseuhrasonicdistanc

3、emeasurementsystemoftemperaturecompensationissingleanddonotachievehighpre—cisionultrasonicranginginbadenvironment，thispaperdesignedtwokindsofstandardbafleandusedtlhismethodtoachievehighprecisionultrasonicdistancemeasurement．Itmeasuredthepropagationtimeofu

4、nitdistanceandthetimeofmeasureddistance，ae—curatedistancecanbecalculatedaccordingtoatwotimeratio．Theexperimentalresuhsshowthatthe：rangingsystemcanrealizehighprecisionranginginharshenvironment．Keywords：transducer；standardbaffle；echosignal0引言超声波测距做为一种非接触检测方

5、式，与其他形式的测量方式相比其具备不受电磁干扰，适用于恶劣环境测量等优点。然而超声波测距受外界干扰影响大，如温度、风速、湿度、压强、浓度都会影响其精度。通常仅考虑温度因素对声速的影响，进行简单的温度补偿J，然而对于特殊环境下，其他图1系统结构图的因素往往是不容忽视，针对现在的超声波测距系统补偿方案1．1超声波发射电路不尽合理、适用范围窄、测量精度不高等缺陷，文中提出了合理超声波测距系统首先要激励超声波换能器发射超声波，其化解决方案，设计了两种标准挡板J，该测距系统能够适用恶发射电路如图2所示，ATmega

6、l6单片机通过软件编程输出35劣环境下的精确测量。kHz的激励脉冲信号，传输到场效应管IRF640的栅极，结合场1系统设计效应管的高速开关特性产生窄脉冲，控制变压器的关断。脉冲超声波换能器(根据超声波在超声场中的物理特性和各种信号经变压器升压后输出高电压脉冲激发信号，激发换能器发效应而研制的超声波发射与接收器件)发射超声波，在遇到障射超声波。碍物时发生反射，回波信号被换能器接收转换为电信号(脉冲信号)，从超声波发射开始计时，到接收到回波信号后停止计时，就可以计算出声波传播的时间t，已知声波在空气中的传播速

7、度，则可计算出换能器到障碍物之间的距离1器s=_=-优文中使用的是收发一体式换能器，其谐振频率为35kHz±1．5kHz；工作电压为峰值电压<1500。；测距量程为0．3—10图2发射电路m；半功率角为5。．在变压器原边线圈上，串联限流电阻：，防止电流过大损超声波测距系统主要包括单片机系统、超声波发射电路、坏场效应管。由功率、电压、电阻关系P=U2／R得电路导通时超声波接收电路、标准挡板、显示电路等，系统结构如图1所R：上的功率为1．2W，所以选择510R／2W的碳膜电阻；由示。于场效应管开断会引起反向电

8、流，所以在电路中并联c。，R。。当场效应管导通时，在变压器原边上将有23V左右的压降，经收稿Et期：2011—10—17收修改稿日期：2012—07—30InstrumentTechniqueandSensorNOV．20l2过变压器升压后，副边上将会得到450V左右的高压脉冲，为式中：为增益放大倍数；Q为品质冈数；p=Q；卢=1／q；y=1换能器发射超声波提供足够高的高压脉冲。通常C，C一般选取10，换能器的谐振频率为35在