超聲波測距文獻(xiàn)

文獻(xiàn)綜述:超聲波測距儀設(shè)計(jì)前言超聲測距指的是利用超聲波的反射特性進(jìn)行距離測量，在車輛自動(dòng)導(dǎo)航、機(jī)器入的定位和對(duì)象識(shí)別、海洋水聲以及工業(yè)距離的測量方面具有重要意義。常見的測距原理和方法主要有脈沖回波法和相位差法兩種。相位差法與脈沖回波法的不同體現(xiàn)在對(duì)回波的處理方式上，由超聲波換能器接收端獲得調(diào)制聲波的回波，經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換后，得到與放大的相位完全相同的電信號(hào)，此電信號(hào)放大后與光源的驅(qū)動(dòng)電壓相比較，測得兩個(gè)正弦電壓的相位差，根據(jù)所測相位差就可算得所測距離。由于采用的是相位比較，使得測距精確度大大提高，但這種方法本身存在明顯的缺陷。由于相位測量存在以2n為周期的多值解，從而容易造成解的不確定性。為了消除多解，常常需要引入包絡(luò)檢測和采用發(fā)射多種不同頻率波的方式減小不確定度，這就使得該方法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化。主題2.1超聲波測距儀原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差Tr，然后求出距離S=CTr/2，式中的C為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計(jì)方法。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關(guān)。單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。超聲波測距原理圖超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動(dòng)力型。2.2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào)，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡單實(shí)用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動(dòng)。2.1基于AT89C51單片機(jī)的超聲波測距儀超聲波測距儀主要以單片機(jī)AT89C51為核心，其發(fā)射器是利用壓電晶體的諧振帶動(dòng)周圍空氣振動(dòng)來工作的。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器接收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。一般情況下，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離S，即S=340Xt/2，這就是常用的時(shí)差法測距。在測距計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)中，采用了相關(guān)計(jì)數(shù)法，其主要原理是：測量時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)先給發(fā)射電路提供脈沖信號(hào)，單片機(jī)計(jì)數(shù)器處于等待狀態(tài)，不計(jì)數(shù)；當(dāng)信號(hào)發(fā)射一段時(shí)間后，由單片機(jī)發(fā)出信號(hào)使系統(tǒng)關(guān)閉發(fā)射信號(hào)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)起始時(shí)的同步；當(dāng)接收信號(hào)的最后一個(gè)脈沖到來后，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。雙向超聲波測距儀的系統(tǒng)主要有幾下部分組成（如圖2所示）：LED顯示模塊，AT89C51芯片，超聲波發(fā)射模塊，超聲波接收模塊，電源模塊等五大模塊組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖結(jié)束語以上介紹了超聲波測距系統(tǒng)，通過發(fā)射和接受超聲波，使用單片機(jī)計(jì)算距離，并加入了溫度補(bǔ)償電路，提高了距離計(jì)算的精度。該系統(tǒng)可滿足大多數(shù)場合的測距要求。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時(shí)間。測得的距離有誤差。在汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用中此誤差可忽略不計(jì)；但在精度要求較高的工業(yè)領(lǐng)域如機(jī)器人自動(dòng)測距等方面。此誤差不能忽略。只有通過改變一些硬件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波的快速鎖定。參考文獻(xiàn):劉國鈞，王連成.圖書館史研究[M].北京：高等教育出版社，1979：15-18，31.孔雅瓊.基于單片機(jī)的超聲測距儀研究與開發(fā)[]].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)張芬.基于C8051F320單片機(jī)的超聲波測距儀[J].中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）機(jī)械與電子信息學(xué)院，儀表技術(shù)與傳感器，09年12期李為民.基于stc89單片機(jī)的超聲波測距儀[M].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，第33卷胡福云.基于單片機(jī)的超聲波測距儀[M].湖北工業(yè)大學(xué)，科技視野陳瑩.基于單片機(jī)的超聲測距系統(tǒng)[M].華中科技大學(xué)符艷輝.基于單片機(jī)控制的超聲波測距儀的設(shè)計(jì)[M].吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，農(nóng)業(yè)與技術(shù)，08年2月28卷譚洪濤.單片機(jī)設(shè)計(jì)測距儀原理及其簡單應(yīng)用[M].重慶通信學(xué)曾毓敏.基于80C552單片機(jī)的駕斐蹙蜜型題儀[J].南京師范大學(xué)物理系安宗權(quán).基于ATmega8單片機(jī)的超聲波測距儀[M].安徽工業(yè)大劉鳳然.基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)[J].傳感器世界.2001,5:29-32葛健強(qiáng).基于CPLD的超聲波測距儀研制[M].無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2004,4(3):8-10何希才.薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[J].機(jī)械工業(yè)出版社,2004:138-152胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社,2004:27-46吳斌方，劉民，熊海斌.超聲波測距傳感器的研制[M].湖北工學(xué)院學(xué)報(bào).2004,19(6):26-28譚洪濤，張學(xué)平.單片機(jī)設(shè)計(jì)測距儀原理及其簡單應(yīng)用[M].現(xiàn)代電子技術(shù).2004,18:94-96趙占林，劉洪梅.超聲波測距系統(tǒng)誤差分析及修正[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì).2002,12(6):144-145蘇煒,龔壁建，潘