超聲波測距
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超聲波測距范文第1篇
Abstract： By the advantages of high directivity， slow energy consumption and long propagation distance in the medium， the ultrasonic is widely used in the distance measurement. Compared with other detection methods， as a contactless detection method， the ultrasonic is not affected and controlled by the light and the color of the measured object in the detection process. This paper introduces the principle and method of the velocity and distance measurement by the ultrasonic. Taking STC89C52RC as the primary controller， the ultrasonic drive signal is launched by the timer and 12864 LCD display and ISD4004 voice broadcast of the measuring results are realized by the dynamic scanning method.
Key words： ultrasonic；distance and velocity measurement；singlechip；LCD；voice broadcast
中圖分類號：TH761 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）32-0065-02
0 引言
對于蝙蝠等一些無目視能力的生物來說，借助超聲波定位技術進行防御、捕捉獵物等維持自身的生存，也就是生物體發射超聲波（超過20kHz的機械波），一般不能被人們所聽到，這種超聲波是借助空氣等媒質進行傳播，借助被捕捉的獵物或障礙物反射回來的回波的強弱和時間間隔的長短判斷獵物或障礙物位置的方法，根據這一原理，人們提出了超聲波測距。
近年來，為了滿足導航系統、工業機器人自動測距等方面的需要，自動測距的重要性逐漸顯示。超聲波技術已成為一門以物理、電子、機械及材料科學為基礎的、各行各業都要使用的通用技術之一。
1 超聲波測距測速的原理
超聲波測距的方法有多種，主要包括：相位檢測法、聲波幅值檢測法等。其中，相位檢測法的檢測精度比較高，但是檢測范圍有限；聲波幅值檢測法在檢測過程中容易受到反射波的影響和制約，檢測精度不高。
本設計硬件設計采用超聲波往返時間檢測法。工作時，單片機驅動超聲波發射探頭發出一連串的超聲波脈沖，超聲波發射探頭發出最后一個脈沖后，給單片機提供一個短脈沖，單片機開啟計數器開始計時，超聲波接收探頭則在接收到被測物體反射回來的反射波后，也向單片機提供一個短脈沖，單片機關閉計數器。計數器所計時間即超聲波往返于探頭與被測物體所用的時間。這個時間間隔乘以超聲波在此環境溫度下的聲速，即為超聲波在這個時間段內的行程。當超聲波發射探頭和接收探頭之間的距離相對于兩探頭到被測物體之間的距離很小時，可以認為行程的一半即為所要測的距離值；當超聲波發射探頭和接收探頭之間的距離相對于兩探頭到被測物體之間的距離不可忽略時，前面的假設則不能成立，所以超聲波檢測有一個允許的最小測量范圍。其次，由于超聲波發射探頭發出的超聲波并不是理想的絕對沿直線傳播，其中，一部分超聲波沒有經過被測物體反射就直接繞射到接收探頭上，這部分信號是無用的，進而在一定程度上產生系統誤差。在設計過程中，采用延時技術解決這一問題。發射探頭發射超聲波后，通過增加延時，借助軟件關閉所有中斷，對此期間接收到的任何信號接收電路不予理睬，之后再等待反射信號的到來。所以，這又使得系統不可避免地產生了測量盲區。經過檢驗，本系統的盲區為2cm，即被測物體在2cm以內時，系統不能檢測。所以本次測量的最小距離為2cm。
由于相鄰的兩次發射超聲波脈沖的時間間隔為一定值，即發射超聲波的頻率一定。連續發射兩次超聲波脈沖測得的兩個距離值求差除以這個時間間隔即得物體的平均速度。而超聲波的發射頻率很高，故可認為此平均速度為物體的瞬時速度，實現實時測速的功能。
2 系統硬件、軟件設計
單片機是本系統的控制核心部分，采用宏晶科技推出的STC89C52RC芯片。發射電路采用74LS04六反向器，通過它對單片機產生的方波信號進行放大。接收處理電路采用的是CX20106A電路、LM358電路和LM567鎖相電路，通過接收電路對接收到的信號進行增益放大和鎖相整形，最終再輸出穩定準確的脈沖給單片機。顯示部分采用了型號為FG12864E的單色128×64點陣液晶顯示模塊，利用了該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令；采用動態掃描的方式，通過單片機譯碼，實時顯示測量的距離或速度值。語音播報部分采用美國ISD公司推出的ISD4004語音芯片，與液晶顯示配合實時的對測量的距離或速度值進行語音播報。
超聲波測距測速儀原理框圖如圖1所示。
完成了系統的硬件設計之后，接下來就是系統軟件的設計，它所需要完成的主要是針對系統功能的實現及數據的處理和應用。由于C語言通用性強，其程序本身不依賴于機器硬件系統，故本軟件采用C語言編寫。驅動超聲波傳感器的40kHz方波信號的產生、時間差的讀取、距離速度值的計算以及顯示輸出的譯碼和語音播報的實現都由單片機編程完成。其中，對LCD進行編程，必須先了解LCD的接口協議。液晶顯示子程序設計的關鍵之處在于軟件中時序的安排要與液晶顯示模塊內部的時序一致，否則將不會顯示成功。語音播報模塊是結合液晶顯示模塊一起使用的，要注意的是該模塊中的軟件時序的安排要與液晶顯示模塊內部的時序一致，否則將出現聲音提示和液晶顯示不一致的現象。
3 誤差分析
超聲波測距在實際應用也有很多局限性，這都影響了超聲波測距的精度。一是超聲波在空氣中衰減極大，由于測量距離的不同，造成回波信號的起伏，使回波到達時產生較大的誤差；二是超聲波脈沖回波在接收過程中被極大地展寬，影響了測距的分辨率，尤其是對近距離的測量造成較大的影響。其他還有一些因素，諸如環境溫度、風速等也會對測量造成一定的影響，這些因素都限制了超聲波測距在一些對測量精度要求較高的場合的應用。
4 結論與展望
本系統有效的測距范圍是2cm～3.0m，測距精度±1cm，較好地實現了預定的功能。是微電子產品應用的一例，符合測量工具小型化、集成化、智能化的發展要求，希望本課題的研究能夠對傳統測量工具的改進和創新有一定的作用。
由于設計經驗的不足和所掌握知識的限制，系統的某些功能設計構想還沒有完整的表達出來，硬件電路、軟件部分都還存在著不足和需要改進的地方。
①需要進一步提高系統硬件電路的整體性能以及抗干擾的能力。②測量范圍與發射功率直接相關，由于超聲波探頭功率有限，本系統只能在小范圍內使用；更換成大功率探頭，測量范圍將擴大。③要滿足更高的精度要求，還必須進行適當的改進；在某些特殊場合的應用中，還要考慮超聲波的入射角、反射角以及超聲波傳播介質的密度、表面光滑度等因素。
可以相信，隨著超聲波傳感器機械結構的改進和制作工藝的提高、驅動電源與接收電路設計的完善以及測量方法的更新，超聲波測距測速系統的適用范圍還會進一步擴大。
參考文獻：
[1]張福學.現代實用傳感器電路[M].中國計量出版社，1997：37-44.
[2]李麗霞.單片機在超聲波測距中的應用[J].電子技術，2002（06）：7-9.
[3]王安敏，張凱.基于AT89C52單片機的超聲波測距系統[J].儀表技術與傳感器，2006（06）：44-49.
超聲波測距范文第2篇
關鍵詞：超聲波測距技術；汽車維修；檢測
前言
在汽車故障檢測的過程中，由于人工檢測存在著很大的誤差，不利于維修工作的順利開展，因此，需要借助于一些檢測技術，采用智能檢測的方法進行檢測，這樣才能夠確保檢測的準確性。在如今的汽車維修行業中，超聲波測距技術被廣泛的應用于汽車故障檢測中，超聲波測距技術具有檢測的準確性高，檢測時間短等優勢。在汽車檢測實際應用的過程中，需要了解超聲波測距技術的相關原理及其影響檢測準確性的相關因素，才能夠利用超聲波測距技術做好汽車維修與檢測工作，下面針對于超聲波測距技術在汽車維修與檢測中的應用進行了具體的探討。
1 超聲波測距技術原理
超聲波測距技術主要是利用壓電晶體的諧振進行工作的。主要就是通過測得的超聲波的時間進行距離的測定，并且根據數學公式：速度×時間=距離。而在汽車維修檢測中，也是通過運用超聲波測距技術的原理進行故障的檢測，進而運用速度，時間和距離的關系分析出汽車故障的位置及其原因[1]。
2 超聲波測距技術在汽車維修與檢測中的應用
2.1 在單元電路設計中的應用
在汽車維修和檢測的過程中，會經常用到控制電路、超聲波測距電路、顯示電路、語音播報電路等，這些都屬于單元電路，在本文中提到的超聲波測距技術在這些單元電路中都有應用。例如，控制電路在設計上是通過一個系統板來控制電路發射出一連串的信號，再經過放大來接受反射回來的信號，通過信號的發射和反射，可以計算出相應的距離，然后再通過LCD顯示模塊將其顯示出來，并進行語音模塊將信息播報出來[2]。超聲波測距電路與控制電路有些相似，開始也是要通過特點的傳感器來發出信號，有所不同的是它要被動的接受信號，并不是通過反射來接受的，而，是通過超聲波的發射到接受的時間差實現測量距離的；顯示電路主要應用到LCD液晶顯示器上，是通過傳感器超聲波發出到接受的過程來測定車輛與障礙物的距離，并通過LCD液晶顯示器顯示出來；語音播報電路與LCD顯示器一樣都是一種本身具有的表態形式，將超聲波測量、檢測的結果用語音的形式播報出來。可以通過這些單元電路來檢測車輛的形式動態，另外還有很多設備中也應用到超聲波測距技術，這些軟件對車輛的維修和檢測工作都起到了重大作用[3]。
2.2 在軟件設計中的應用
超聲波的發射和接受程序軟件，在汽車維修和檢測中經常用到，例如，計時器的開始計時和結束計時，是通過超聲波的發射來啟動計時程序，主要是采用超聲波發射序列來實現定時的功能，再通過外界方波的序列終端計時程序，使計時結束；液晶顯示程序軟件，是與超聲波有著密不可分的聯系，尤其是顯示器上的顏色指示燈，可以根據超聲波的超差距離、實測距離、合格距離等綜合判斷來顯示不同顏色的指示燈，明確的表示出汽車的檢測狀態。
2.3 超聲波在汽車檢測中的設計方案比較
超聲波應用到汽車檢測設計中，主要以三種檢測方案進行的。（1）直接檢測方式，是對兩個不同的位置進行直接檢測的方式，檢測結果經過視頻放大器可以設定多倍顯示，但是，這個過程中需要使用變壓器，不利于相關的調試工作；（2）一體式反射檢測方式，需要做好發射和接受時電路的轉換工作，該檢測方案如果是在距離較近的情況下，會存在無法檢測的盲區，而且，在試用中很容易產生震蕩的現象，使汽車的檢測工作不準確；分體反射檢測方式，是一種串聯方式的檢測方案，在這種串聯諧振頻率下，超聲波的發射器可以具有較高的靈敏度，而且，接收器還會在反諧振平率下也一樣具有較高的靈敏度[4]。因此，使用分體式反射檢測方式，不僅便于調試，而且，在檢測的過程中就算距離近也不會產生盲區的現象，有效的提高汽車檢測的效率，但是，在使用該方式時需要注意的是，由于使用的超聲波接收器的電壓高低之間大概有100倍的差距，因此，必須要采用高速型的運算放大器才能讓這種檢測方式發揮出更大的檢測效果。
3 影響超聲波測距技術的因素
3.1 溫度
在應用超聲波測距技術的過程中，需要充分的考慮溫度對其的影響，如果汽車維修人員在采用該技術進行檢測的過程中，忽略了溫度，將會嚴重的影響到檢測結果的準確性。主要是由于溫度的變化會影響到超聲波的傳播速度，并且溫度越高，超聲波的傳播速度會越快，進而影響到計算結果的準確性[5]。因此，在采用超聲波測距進行檢測的過程中，需要根據大氣的溫度，確定超聲波的傳播速度，再進行計算，這樣才能夠確保檢測結果的準確性。
3.2 接收脈沖的變化
接收脈沖的變化也對超聲波測距技術檢測的準確性具有影響。由于超聲波具有衰減的特征，而在實際的檢測中，在接收脈沖的過程中，存在著一定的延時性，這樣在具體的對超聲波進行計算的時候，就會出現一定的誤差，影響到計算結果的準確性。因此，在汽車維修檢測的過程中，需要充分的考慮到接收脈沖的變化。
3.3 信號傳遞中的漫反射
由于在超聲波傳播的過程中，會受到物體的影響導致漫反射問題的出現，進而影響到檢測的結果。因此，要想在實際的測量中避免這類問題的出現影響到檢測的準確性，需要根據實際的檢測地點，選好檢測的角度，盡量的減少信號傳遞過程中的漫反射，有助于檢測結果的準確，為汽車維修工作提供有效的數據依據[6]。
3.4 直達波的影響
在利用超聲波測距技術進行檢測的過程中，還會受到直達波的影響，由于一部分脈沖會被測物體傳播并反射到接收頭，而另一部分脈沖會直接傳播到附近的接收頭，進而導致測量誤差的出現，如果在進行結果計算的過程中，采用該種結果進行計算，會嚴重的影響到檢測結果的準確性，不利于檢測工作的順利開展。
4 結束語
本文主要針對于超聲波測距技術在汽車維修與檢測中的應用進行了具體的分析和研究，通過本文的探討，我們了解到，在汽車維修行業應用超聲波測距技術的時候，需要全面的了解其原理及其影響超聲波測距技術的各種因素，進而根據汽車維修和檢測的實際特點，在檢測的過程中對于各種影響因素進行規避，能夠有效的減少測量誤差的出現，提高檢測的準確性，使超聲波測距技術更好的為汽車維修工作服務，促進汽車維修工作的順利進行。
參考文獻
[1]仇成群，胡天云.基于超聲波的汽車防撞報警系統的設計[J].制造業自動化，2009（04）.
[2]魏泉.超聲波測距技術在軌道吊防撞功能中的應用[J].港口科技，2009（07）.
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[4]廖通.汽車維修故障診斷的實用方法[J].科技創新導報，2009（24）.
超聲波測距范文第3篇
關鍵詞：MSP430 低功耗 測距
中圖分類號：TP933 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）04-0000-00
1 引言
本文提出一種基于MSP430芯片的超聲測距系統方案，在硬件上設計了高效率的供電電路，并選擇低功耗器件組建系統，在軟件上進行低功耗設計，使系統在不超過21mW的功耗下完成8米以上的距離測量，同時系統具有LCD顯示、紅外通訊、HART通訊、4～20mA輸出等功能，可以直接應用在實際產品中。
2 總體方案介紹
該系統采用MSP430F5659芯片作為主控模塊，對設備進行驅動。LCD顯示部分采用了ST7565R控制器的FSTN液晶屏，該液晶屏的典型工作電流為0.15mA。參數輸入采用紅外遙控的方式，紅外接收芯片采用IRM3638L芯片，典型工作電流為0.33mA。模擬量輸出采用ADI公司的AD421進行設計，典型工作電流為0.65mA。HART通訊采用AMI Semiconductor公司的A5191HRT型HART調制解調器，典型工作電流為0.33mA。該系統設備總耗電電流為1.46mA，加上單片機正常工作時的功耗，該系統控制部分的功耗不高于9mW。超聲波換能器的驅動電路部分采用限流1mA的方式給儲能電容充電，驅動電壓為12V，該部分的功耗為12mW。
3 系統硬件電路設計
3.1 系統主控芯片的選擇
為了降低系統功耗，主控芯片本身必須擁有較低的功耗，同時要集成較多的模塊資源以節省器件產生的功耗。TI公司的MSP430系列低功耗16位單片機被廣泛應用在低功耗場合，性能穩定。其中MSP430F5659芯片片內集成了64KB SRAM，512KB FLASH，12位ADC模塊，可以滿足系統方案對資源的要求，并留有一定的升級空間。
3.2按鍵和LCD顯示電路設計
LCD采用TOPWAY公司的LM6029ACW顯示屏，驅動芯片為ST7565R，典型工作電流為0.15mA，LCD設置數據傳輸為并口傳輸，優點在于傳輸速度快，減少拖屏現象。
該系統采用獨立式按鍵設計，通過四個擁有中斷功能的IO口連接四個按鍵，完成了確定，取消，左移，右移的按鍵功能，實際應用中這種按鍵方式可以降低操作難度，能夠讓客戶盡快熟悉產品的操作方法。
3.3 4～20mA輸出和HART通信電路
該部分電路主要由兩個芯片組成，一個為4～20mA輸出控制芯片AD421，另一個為HART信號調制解調芯片A5191HRT，這兩個芯片配合組成的應用電路可以將測得的物位信號轉換為標準的工業4～20mA電流輸出信號，并在電流信號上疊加HART通信信號。
3.4 其他電路設計
3.4.1 溫度檢測電路
在影響超聲波測量的各種因素中，溫度的影響最大。因此在超聲測距系統的設計中，必須進行溫度補償。本設計采用的MSP430單片機片內集成了溫度傳感器，在精度要求不高或溫度變化不頻繁的場合可以直接采用單片機內部溫度傳感器對溫度進行補償。同時為了解決芯片自身發熱以及系統溫度和環境溫度不同的影響，系統還預留了外置溫度傳感器的接口，可以和DS18B20溫度傳感器進行連接從而對環境溫度進行檢測。
3.4.2 紅外通信電路
采用二線制供電的超聲測距系統在進行產品設計時一般為一體式儀表，這種儀表防護等級高，對儀表進行操作時需要打開儀表的防護罩，為了減少操作時的麻煩，有必要設計紅外通信電路通過紅外遙控對系統進行操作和參數設計。本設計采用Everlight公司的IRM3638L芯片作為紅外接收芯片，其典型工作電流為0.33mA，可以滿足系統低功耗的要求。
3.4.3 參數存儲電路
本系統采用ATMEL公司生產的串行EEPROM芯片AT24C16作為系統參數和部分數據的存儲芯片。AT24C16采用8引腳封裝，并且與AT24C64、AT24C512等大容量EEPROM芯片引腳兼容，在需要更大存儲空間時可以方便的進行替換。
3.5 超聲波驅動電路
本系統采用單片機PWM輸出的方式產生41KHz的方波信號作為驅動電路的信號源，由于驅動換能器的脈沖信號峰峰值一般需要達到幾百伏以上，因此采用脈沖變壓器升壓處理，為了使脈沖變壓器得到足夠的電流，需要在變壓器的初級并聯3300uF的儲能電容。為了滿足低功耗的要求，儲能電容的充電電路采用恒流源的方式提供1mA的充電電流，經過實驗證明，可以滿足500mA的脈沖重復頻率對充電時間和能量的要求。
4 實驗數據及測試結果
測試內容：采用本系統的硬件電路設計完成兩套樣機，并對兩套樣機在實驗室進行了距離測量驗證。樣機進行溫度補償并進行誤差校正后得到了以下測試結果，如表1所示。
測試發現，兩臺樣機的一致性較高，測量誤差不超過量程的1%。盲區可以通過程序控制在0.3m以內，實際測量在8m時有效回波仍然可以達到500mV以上。
超聲波測距范文第4篇
關鍵詞：超聲波，測距系統，方案
Abstract: with the rapid development of science and technology, in the measurement field, the higher of the ultrasonic waves are used, this paper mainly studies a is composed of TDC-GP2 chip and ATM MCU core device precision ultrasonic ranging system, and they hope to be helpful.
Keywords: ultrasonic ranging system, scheme,
中圖分類號：TB51 文獻標識碼：A文章編號：
一、引言
超聲波由于指向性強，能量消耗緩慢，傳輸距離較遠，在距離測量如測距儀和物位測量儀等領域中應用十分廣泛。目前，常用于實現超聲波測量功能的實現方案有離散器件實現、集成電路實現和專用超聲波測量芯片實現等三種。第一種方案成本低但器件參數較分散，測量準確度和距離受到限制; 第二種方案，借助于集成電路實現，如常用的采用音頻芯片CX20106A實現，由于受到芯片敏感頻率的限制，測量的精度和距離受到限制; 第三種方案，采用專用的超聲波測量芯片實現，測量精度高，相對成本高一些。本文提出一種基于德國 ACAM公司高精度時間數字轉換芯片TDC-GP21的實現方案。
二、超聲波測距系統的構成
超聲波測距系統構成如圖1所示。控制芯片選用ATMEGA8A，它是一款采用低功耗CMOS工藝生產的基于AVR RISC結構的8位單片機，自帶SPI接口，可以達到接近1MIPS/M的性能，運行速度比普通CISC單片機高出10倍。
圖 1 超聲波測距系統構成圖
超聲波測量部分由TDC-GP21、超聲波探頭、發射控制電路、溫度傳感器、超聲波信號處理電路等組成。
溫度測量選用DALLAS公司的DS18B20數字式溫度傳感器，它通過輸出9位(二進制)數字來直接表示所測量的溫度值，溫度值是通過DS18B20的數據總線直接輸入CPU，無需A/D轉換，而且讀寫指令、溫度轉換指令都是通過數據總線傳入DS18B20，無需外部電源。
在測距時超聲波發射器有規律發射超聲波，遇到被檢測對象后反射回來，通過超聲波接收器接收到反射波信號，并將其轉變為電信號，測出從發射超聲波至接收到反射波的時間差( 時間間隔 t) 。t 與超聲波傳播速度 c 相乘可求出被測距離s，即:
s =1/2ct(1)
由于超聲波的聲速和溫度有關，在測距精度要求高的場合需要通過溫度補償的方法加以校正。不同溫度下超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化關系為:
c = 331.4 + 0.61T(2)
式中: T 為實際溫度。
2.1、時間數字轉換芯片控制與配置電路的設計
TDC-GP21內部主要由脈沖發生器、數據處理單元ALU、時間數字轉換器單元TDC、溫度測量單元、時鐘控制單元、配置寄存器以及與單片機相接的SPI接口組成。芯片工作方式和各功能部分協調需要通過外部控制芯片ATMEGA8用SPI接口實現。TDC-GP21功能控制與配置電路如圖2所示。
圖 2 計時芯片配置電路圖
2.2、基于TDC-GP21的時間測量模塊設計
在實際的測量過程中，超聲波只有發射開始時間和返回信號接收時間兩個時間節點，因而可以采用單一通道的時間間隔測量方法。測量過程中保持STOP2通道導通，STOP1通道截止。
在TDC-GP21測量芯片中，提供了兩種測量范圍可供選擇，分別是測量范圍1和測量范圍2。結合實際情況，利用超聲波測量距離要考慮聲波的傳輸速度，發射、接收時間間隔較長，因而就限定了只能選擇測量范圍2。對應測量范圍2的時序圖如圖3所示。
圖3 測量范圍2時序圖
TDC-GP21有兩種時鐘，包括作為內部定時器的32 kHz時鐘和外部高速時鐘，供不同工作模式選擇。在測量范圍2中，作為前置配器的外部高速時鐘一般采用4MHz陶瓷晶振。借助于TDC-GP21提供的自校正原始數據( Cal1和 Cal2) 對時鐘進行校正有利于減小因外部時鐘抖動和溫漂引起的TDC-GP21內部計數及延遲通道誤差，有利于實現高精度的測距。
2.3、超聲波測量系統的軟件設計
ATMEGA8A 單片機通過SPI接口控制TDC-GP21，對TDC-GP21芯片功能配置進行選擇。配置完成后，TDC-GP21芯片產生頻率為1MHz的超聲波，1MHz超聲波送到超聲波換能器驅動探頭。接收探頭收到的回波經過開關電路，進入超聲波調理電路進行信號處理，該測量回波返回到TDC-GP21芯片，TDC-GP21芯片判斷接收到回波后結束測量，同時通過中斷通知ATMEA8A單片機，AT-MEGA8A單片機讀取測時時間，結合測量的當前溫度計算距離并最終顯示在LCM141液晶上。
由上面的系統工作過程說明可知，系統軟件設計的核心工作是對TDC-GP21芯片進行控制和功能配置。軟件編程的操作主要有兩個步驟，分別是寫寄存器的配置和初始化，以確定 TDC-GP21 的工作模式和寄存器的讀取工作。首先對TDC-GP21進行寄存器配置，設置測量范圍和通道2的采樣次數，定義ALU的計算方法; 然后初始化TDC-GP21、選通START 和STOP2，TDC-GP21進入測量狀態，等待START和STOP2信號; 接收指令后進行測量，測量完成后單片機讀取TDC-GP21測量數據。超聲波測距系統程序流程圖如圖4所示。
圖4 超聲波測距系統程序流程圖
三、測量誤差分析
時間間隔測量模塊在測量時間間隔小于4ms時，時間測量誤差在90ps以下。由于時間間隔測量模塊采用延時通道測量，延時時間受溫度影響，這樣工作時間過長或溫差較大會引起測量誤差。在實際應用中可通過控制TDC的工作電壓來穩定延時時間; 在實際測量中，晶振的穩定性也會影響到測量的準確性，一般采用高質量的晶振和內部時鐘校正法改善測量的精確性。測量信號在傳輸和反射過程中的衰減也是引起測量誤差的原因，收到信號過小，需要進行信號放大，一方面其他的弱小信號就容易疊加到初始測量信號上；另一方面，信號放大后獲取信號上升沿的陡度不夠，也會引起測量誤差。為了保證測量的準確性，可以在測量過程中多次測量，拋棄明顯的粗大誤差數據，對剩余數據取平均值的方法。
四、結束語
本文介紹了基于 TDC-GP21 的超聲波測距儀的設計，充分利用 TDC-GP21 本身時標脈沖和觸發測量的特點，借助于高精度時間間隔測量功能，實現了距離的精確測量。該設計提高了超聲波測距的精度，降低了系統的功耗和體積，尤其適用于低功耗和高測量精度的場合。實驗結果表明，采用 TDC-GP21 專用時間測量芯片研制的超聲波測距儀控制和使用非常方便，借助于單片機的通信功能可實現對傳感器的遠程監控。
參考文獻
[1] 王安敏,張凱.基于AT89C52單片機的超聲波測距系統[J].儀表技術與傳感器.2006(06)
[2] 張攀峰,王玉萍,張健,張開生.帶有溫度補償的超聲波測距儀的設計[J].計算機測量與控制.2012(06)
超聲波測距范文第5篇
關鍵詞:防撞系統;超聲波;測距;單片機
中圖分類號:TP29 文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)02-205-02
Ultrasonic Ranging Back-draft Anti-collision Alarm System Based on AT89C52
ZHANG Heng,LIU Yajie
(Wuhan University of Engineering,Wuhan,430073,China)
Abstract:Using single-chip AT89C52 as the master combined with the principle of ultrasonic distance measurement to realize the back-draft anti-collision alarm function.The integrated chips of CX20106A and DS18B20 are separately used in the detection receiving circuit and the temperature compensation circuit,the mutual disturbance between circuit is reduced.The maximum distance measurement error is less than 1 cm,and the range of the system is 10~300 cm.This system has simple structure,small size,easy-to-use features and so on.
Keywords:CAS;ultrasonic;distance measurement;single-chip microcomputer
0 引 言
隨著國民經濟的高速發展,我國汽車的擁有量在大幅增加,造成道路擁堵,交通事故頻發,給人們的生命和財產安全帶來了巨大的損失。安全駕駛成為大家關注的焦點,其中汽車防撞系統(Collision Avoidance System,CAS)的設計和需求顯得非常重要和迫切。針對這種情況,設計一種響應快、可靠性高且較為經濟的汽車防撞報警系統勢在必行。
超聲波作為一種頻率超過20 kHz的機械波,其指向性強,能量消耗緩慢,在介質中傳播距離遠,因此超聲波測距法是最常見的一種距離測量方法。利用超聲波檢測距離,設計比較方便,計算處理也較簡單,而且精度也較高[1]。本設計采用AT89C52單片機作為主控器,結合超聲波測距原理,設計了汽車倒車防撞報警系統。該系統采用軟、硬件結合的方法,具有模塊化和多用化的特點。
1 超聲波的測距原理
本系統選用的是壓電式超聲波傳感器。超聲波測距原理有兩種方式:共振式和脈沖反射式。因為共振式的應用要求復雜,在此使用脈沖反射式[2,3]。超聲波測距原理如圖1所示。
圖1 超聲波測距原理圖
圖1中被測距離為H,兩探頭中心距離的一半用M表示,超聲波單程所走過的距離用L表示,由圖中關系可得:
H=Lcos θ
(1)
θ=arctan(M/H)
(2)
將式(2)代入式(1)可得:
H=Lcos[arctan(M/H)]
(3)
在整個傳播過程中,超聲波所走過的距離為:
2L=vt
(4)
式中:v為超聲波的傳播速度;t為傳播時間,即為超聲波從發射到接收的時間。
將式(4)代入式(3)可得:
H=12vtcos[arctan(M/H)]
(5)
當被測距離H遠遠大于M時,cos[arctan(M/H)]1,в謔鞘(5)變為:
H=12vt
(6)
由此可見,要想測得距離H,只要測得超聲波的傳播時間t即可[4]。
2 系統的實現
根據設計要求并綜合各個方面因素,可以采用AT89C52單片機作為主控制器,用動態掃描實現LCD數字顯示,超聲波驅動信號用單片機的定時器完成,其具體的系統框圖如圖2所示[5]。
圖2 防撞報警系統設計框圖
該系統主要由單片機系統及顯示電路、超聲波發射電路和超聲波檢測接收電路等部分組成。采用AT89C52來實現對CX20106A紅外接收芯片和TCT40-10系列超聲波轉換模塊的控制。其中超聲波接收電路使用集成電路CX20106A,可用來完成信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形等功能。顯示器件采用的是LCD12864顯示器,并選用D18B20溫度傳感器進行溫度檢測,實行溫度補償[6]。主控器AT89C52單片機是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8 KB的系統可編程FLASH存儲器。與AT80C51引腳和指令完全兼容。擁有1個8位CPU,1個片內振蕩器及時鐘電路,3個16位定時/計數器,21個特殊功能寄存器,4個8位并行I/O口,共32條可編程I/O端線,1個可編程全雙工串行口,8個中斷源[7,8]。
本設計的實物如圖3所示。
3 系統的軟件設計
系統軟件部分包括主程序、中斷子程序和其他子程序[9,10]。主程序流程圖如圖4所示,其中中斷子程序的核心代碼如下:
void TT() interrupt 2
{
uint temp;
TR0=0;
ET1=0;
flag=1;
temp=TH0*256+TL0;
if((temp>0)&&(temp
{
high_time=TH0;
low_time=TL0;
}
else
{
high_time=0;
low_time=0;
}
}
void beep()
{
unsigned char i;
for (i=0;i
{
delay(4);
BEEP=!BEEP; //BEEP取反
}
BEEP=1; //關閉蜂鳴器
delay(250);//延時
4 結 語
此倒車防撞報警系統,可以應用于汽車倒車等場合,提醒駕駛員在倒車時能有效地避開可能對倒車造成危害的障礙物和行人。本系統針對普遍存在的抗干擾性問題加強了軟硬件處理措施。硬件方面例如把超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來,提高了系統的抗干擾能力;軟件方面系統結合使用DS18B20溫度傳感器實現溫度補償矯正,使系統可以正常工作在任何溫度下,誤差都不會超過指定范圍。并用帶字庫功能的LCD12864液晶實時顯示距離,當滿足距離條件時,蜂鳴器蜂鳴工作提示駕駛員,具有較強的實用性,且硬件結構簡單,體積小,使用方便。但該系統的測量距離有限,只有在10~300 cm距離內有效,需要進一步的改進和提高。
參考文獻
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