大量程、高精度超声测距仪设计.pdf

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1、2013正仪表技术与传感器2013第4期InstrumentTechniqueandSensorNo．4大量程、高精度超声测距仪设计李勇峰，张彦江，陈志勇，杨录，张艳花(1．中北大学信息与通信工程学院电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051；2．北方自动控制技术研究所，山西太原030051)摘要：针对现有超声测距系统测距距离短、精度不高的缺点，提出了一种利用积分电路进行距离增益补偿的方法，设计实现了以C8051F320单片机为控制器的超声测距仪。该系统采用超声收发一体化防水传感器，利用发射超声波与反射回波时间差来测量待测距离，并实时测量环境温度以修正超

2、声波传播速度。实验表明：系统性能稳定，精度高、量程大，有广阔的应用前景。关键词：超声波测距；高精度；增益补偿；单片机中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)04—0028—04DesignofLargeRange，HighAccuracyUltrasonicRangeFinderLIYong—feng，ZHANGYan-jiang，CHENZhi—yong，YANGLu，ZHANGYan—hua(1．CollegeofInformationandCommunicationEngineering，NorthUniversity

3、ofChina，Taiyuan030051，China；2．NorthAutomaticControlTechnologyInstitute，Taiyuan030051，China)Abstract：Consideringthedisadvantagesofpresentultrasonicrangemeasurementsystem，suchasshortrange，poorprecision，thispaperpresentedadistancecompensationmethodbyusingakindofintegratingcircuit．Thede

4、signachievedultrasonicrangerwithC8051F320singlechipmicrocomputerasthecontroller．Thesystemadoptedultrasonicsend·receiveintegratedwaterproofsen—SOY，usedtimedifferencebetweenlaunchultrasonicwaveandreflectionechotomeasuretesteddistance，andmodifyultrasonicspeedvelocitybymeasuringpresente

5、nvironmenttemperature．Theexperimentshowsthesystemhasstableperformance，highpteci—sion，largerange，andwillhaveabroadapplicationprospect．Keywords：ultrasonicdistancemeasure；high—precision；gaincompensation；singlechip0引言：／(2)超声波测距大都采用AGC自动增益补偿的非接触式的检测方式，通过回波信号的强弱自动控制增益大小，从而实现测式中：为摩尔质量；r为气体

6、的比热比；R为气体常数；T为热距。这种超声测距方法测距距离相对较短、精度较低，系统稳力学温度。定性差。文中采用积分电路进行距离增益补偿方法，实现了大对于一定气体，r为定值。由公式可知：声速与热力学温量程、高精度的超声波测距系统。在水文液位测量、车辆自动度的平方根成正比。温度越高声速越大，温度越低声速越小。导航、机械手控制、物体识别、物位测量、移动机器人的研制、建0℃时，空气中声速的实验值为331．45m／s，空气中声速为筑施工工地以及一些工业现场将会有广泛的应用。s¨5√硼¨s+o-6。(3)1系统原理1．1测距原理式中为摄氏温度值。超声波测距工作原理是通过不

7、断检测超声波发射后遇到2系统构成目标物体所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差系统原理框图如图1所示。△c，然后求出距离Js．在速度已知的情况下，距离S为S=vat~2(1)因此，在实际应用中，不管目标物体处于任何方位，只要得[垂垂]—[戛蚤戛三]—墨要童l到发射信号和回波信号的时间差，就可利用以上公式来计算目标距离。但是由于声波信号在空气中的传播速度决定于周围豳的空气温度，为实现测距的高精度，温度补偿必不可少。1．2温度补偿图1系统原理框图超声波在理想气体中传播速度为超声发射电路产生40kHz的脉冲信号，利用变压器实现激励信号的幅度放大并作用于超声传感

8、器发射超声信号。当遇收稿日期：2012