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《一種高精度超聲波測距儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第10卷第30期2010年1O月科學(xué)技術(shù)與工程V0L10No．30Oct2010l671—1815(2010)30—7447·07ScienceTechnologyandEngineering@2010Sci．Tech．Engn~一種高精度超聲波測距儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)孫琳琳石飛飛(北京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，北京100083)摘要在傳統(tǒng)超聲波測距基礎(chǔ)上，結(jié)合硬件和軟件兩方面的控制，提出一種高精度超聲波測距系統(tǒng)。在超聲波發(fā)射部分創(chuàng)新性地使用MAX232芯片，縮小盲區(qū)；在信號放大部分添加時(shí)間增益補(bǔ)償(TGC)電路，有效地解決了遠(yuǎn)距離回波信號過于微
2、弱而導(dǎo)致系統(tǒng)測量量程減小的難題；在接收部分采用雙電壓比較器整形電路并結(jié)合軟件設(shè)計(jì)糾正回波前沿的方法來提高測量精度。同時(shí)在硬件上增加溫濕度傳感器SHT11，采取聲速預(yù)置和媒質(zhì)溫度測量相結(jié)合的辦法對聲速進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聲速測量的功能，以降低聲速變化對測量的影響。實(shí)驗(yàn)表明，該測距儀的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)減小盲區(qū)，增大量程(2cm__4ITI)，量程范圍內(nèi)誤差控制在6mm以內(nèi)的高精度測距要求。關(guān)鍵詞超聲波測距系統(tǒng)發(fā)射部分接收部分時(shí)間增益電路(TGC)回波信號溫度補(bǔ)償中圖法分類號IP274．53；文獻(xiàn)標(biāo)志碼A隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等技術(shù)的不斷發(fā)展和廣
3、波傳播過程中遇到尺寸大于其波長的目標(biāo)障礙物泛應(yīng)用，測距問題顯得越來越重要。于是，一種新時(shí)就會(huì)發(fā)生反射，反射波稱為回聲。假如超聲波在的測距方式——超聲波非接觸式測距應(yīng)運(yùn)而生。介質(zhì)中傳播的速度是已知的，且超聲波從聲源到與激光、紅外以及無線電測距方法相比，超聲波達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間t可測得，那么從聲源測距具有不受外界光、電磁場等因素影響的優(yōu)點(diǎn)，到目標(biāo)的距離就可以計(jì)算出來。這就是本系統(tǒng)的在比較惡劣的環(huán)境中也具有一定的適應(yīng)能力，且基本測量原理]，即：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，因此在工業(yè)控制、建筑測量、機(jī)s=t(1)器人定位等方面得到了廣泛的應(yīng)用
4、[1]。但由于超而超聲波在介質(zhì)中的傳播速度受溫度影響，在聲波傳播時(shí)難于精確捕捉，以及聲速受溫度變化影響等因素，使得超聲波測距的精度受到了很大空氣中的其傳播速度與環(huán)境溫度的關(guān)系表達(dá)式為。，引：的影響。針對超聲波測距的精度要求和盲區(qū)減小的需求，分析影響超聲波測距精度的多種因素，結(jié)=331．45+0．607T(2)合硬件和軟件兩方面的控制，設(shè)計(jì)如下一種高精式(2)中：T為環(huán)境攝氏溫度℃。將式(2)代人式度超聲波測距儀來提高測距系統(tǒng)的精度和穩(wěn)(1)便可計(jì)算出需要測量的距離。定性。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1超聲波測距原理針對溫度變化和傳播衰減對超聲波
5、測量精度頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波。當(dāng)超聲的影響，從硬件和軟件兩方面綜合考慮，設(shè)計(jì)如圖1所示的超聲波測距系統(tǒng)J。2010年8月17日收到，8月24日修改該系統(tǒng)發(fā)射部分選用zT／R40—16分體式超聲第一作者簡介：孫琳琳，女，河北人，本科，研究方向：電子信息科學(xué)傳感器，采用單片機(jī)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)40kHz方波，并通過與技術(shù)，E—mml：slinliny@sina．corn。MAX232的電荷汞放大信號，驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器。7448科學(xué)技術(shù)與工程1O卷接收部分由兩級放大電路、時(shí)間增益電路和雙電壓圖3為MX232與串行口、換能器、單片機(jī)I
6、／O比較器整形電路組成。最終利用液晶對測量結(jié)果口的連接圖。JP6和JP7均接到上面時(shí)能夠完成超進(jìn)行顯示。聲波發(fā)射功能，均接到下面時(shí)能夠完成PC—MCU通訊功能。絲220lUFDOWN]v∞lHeader2r～障礙物～鬻I≠CI+VwDDlI100nFI1．卜．}C12一+VCC—C14l1ICl61O0nFC2-下圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖T111T1INT1aUT14UPRXT----oT2／TXD10：T2INT20UT：7DOWN廠rXD7oTX32．I電源部分RXDRloUTRlIN囊_千—--o---OR2OUTR2IN———9-
7、-O用BC807開關(guān)三極管結(jié)合軟件控制構(gòu)成程控l5----oGNDVEE_]?．『Il廣一電源，為整個(gè)系統(tǒng)提供+5V工作電壓。這樣設(shè)計(jì)MAX232ACPElC17’D—C0nn,]P6#20UFJP7既可以減小功耗又可以降低干擾，從而提高測距儀的穩(wěn)定性。電源電路圖如圖2。一!l1一I!SVCCCTRLVCC圖3發(fā)射電路和下載電路2．3回波接收處理超聲波接收傳感器接收到回波后，輸出的是微1oon廣弱的mV級的電壓信號，因此在接收部分中引入了．．L232PowerAGC自動(dòng)增益補(bǔ)償電路，將測距量程提高到4m，同時(shí)信號經(jīng)運(yùn)放放大后再經(jīng)過
8、兩個(gè)比較器，使得測距圖2程控電源在(200)cm內(nèi)的誤差控制在6mm以內(nèi)。2．3．1單電源交流放大電路2．2超聲波發(fā)射、下載共用電路當(dāng)運(yùn)放用單電源供電時(shí)，交流信號的負(fù)半周會(huì)MAX232芯片是一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)，采用泵截止，為此在運(yùn)放的+端加上V
