超聲波測距器的設(shè)計(jì)說明書模板(編輯修改稿)
2025-08-30 07:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 為一對(duì)傳感器。超聲波傳感器最主要的參數(shù)之一就是該傳感器的超聲波諧振頻率，一般采用40KHz、25KHz 或80KHz，而這里介紹40KHz 的超聲波傳感器；接收、發(fā)送分體的的超聲波傳感器組分為發(fā)射探頭、接收探頭兩個(gè)器件，一般都為兩個(gè)引腳的圓柱型封裝，如下圖所示： 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)超聲波諧振頻率發(fā)生電路、調(diào)理電路如下：圖 超聲波諧振頻率發(fā)生電路、調(diào)理電路 NE555和電容電阻組成的電路產(chǎn)生40KHz的方波，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振；而后面的CD4049則對(duì)40KHz頻率信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。PLUS_EN1是超聲波信號(hào)發(fā)射的使能控制端口，當(dāng)該端口接低電平時(shí)，模組將不能發(fā)射超聲波信號(hào)，即40KHz的方波。 超聲波回波接收處理電路設(shè)計(jì)超聲波接收處理部分電路前級(jí)采用NE5532 構(gòu)成10000 倍放大器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大；后級(jí)采用LM311 比較器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，比較電壓為LM311 的3 管腳處，可由J1 跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測距模式。圖 超聲波回波接收處理電路 LED顯示電路設(shè)計(jì) （略） 鍵盤電路設(shè)計(jì) 詳細(xì)電路原理圖 見附件2。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 超聲波測距原理 超聲波脈沖法測距原理聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長的目標(biāo)物體阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間可以測量得到，那么就可以計(jì)算出從聲波到目標(biāo)的距離。這就是本系統(tǒng)的測量原理。這里聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見的超聲波。 ，測量得到的聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間是t秒，距離d可以由下列公式計(jì)算： d=33550(cm/s)t(s) 因?yàn)槁暡ń?jīng)過的距離是聲源與目標(biāo)之間距離的兩倍，聲源與目標(biāo)之間的距離應(yīng)該是d/2。 超聲波信號(hào)測量 超聲波測距信號(hào)：圖 ，此時(shí)J2跳線短接，使Q1始終導(dǎo)通；而傳感器距目標(biāo)面的距離為2米。 圖中的波形為示波器抓拍圖，1通道為Q1集電極測得波形，即上方的波形；通道2為發(fā)射端測得波形。 圖中可見，接收回路中測得的超聲波信號(hào)共有兩個(gè)波束，第一個(gè)波束為余波信號(hào)，即超聲波接收頭在 發(fā)射頭發(fā)射信號(hào)（一組40KHz的脈沖）后，馬上就接收到了超聲波信號(hào)，并持續(xù)一段時(shí)間。另一個(gè)波束為有效信號(hào)，即經(jīng)過被測物表面反射的回波信號(hào)。 超聲波測距時(shí)，需要測的是開始發(fā)射到接收到信號(hào)的時(shí)間差，在上圖中就可看出，需要檢測的有效信號(hào)為反射物反射的回波信號(hào)，故要盡量避免檢測到余波信號(hào)，這也是超聲波檢測中存在最小測量盲區(qū)的主要原因。圖 軟件控制脈沖發(fā)射、檢測回波信號(hào)： 程序設(shè)計(jì)時(shí)需要采用脈沖測量法，由SPCE061A控制模組發(fā)生40KHz的脈沖信號(hào)，每次測量發(fā)射的脈沖數(shù)至少要12個(gè)完整的40KHz脈沖（程序中為20個(gè)左右）。同時(shí)發(fā)射信號(hào)前要打開計(jì)數(shù)器，進(jìn)行計(jì)時(shí)；等計(jì)時(shí)到達(dá)一定值后再開啟檢測回波信號(hào)，以避免余波信號(hào)的干擾。 采用外部中斷對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行檢測（回波信號(hào)送到單片機(jī)的為一序列方波脈沖）。接收到回波信號(hào)后，馬上讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為需要測量的時(shí)間差數(shù)據(jù)。為避免測量數(shù)據(jù)的誤差，程序中對(duì)測距數(shù)據(jù)的處理方法是：每進(jìn)行一次測距，利用時(shí)基中斷測量4次，即取得4組數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后得到這一次測距值。 程序框架本方案的軟件系統(tǒng)主要包含下列模塊： 超聲波測距程序：負(fù)責(zé)超聲波測距的控制、結(jié)果計(jì)算等，另外有部分代碼在中斷服務(wù)程序中。 語音播放程序：語音播放控制，，但為了使語音播放程序在初始化時(shí)不影響用戶的其它中斷。 中斷程序：，包括超聲波測距的中斷服務(wù)代碼，以及用于顯示刷新的IRQ4中斷服務(wù)程序。 系統(tǒng)程序：，包含系統(tǒng)端口初始化、測量結(jié)果處理、以及顯示刷新程序。 主程序：主控程序負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。 測距控制程序 超聲波測距的功能函數(shù)流程圖見圖 。用戶需要先調(diào)用測距初始化函數(shù)InitMeasure()，再調(diào)用該函數(shù)BeginMeasure()即可進(jìn)行一次測距操作，函數(shù)返回值為測量結(jié)果。每一次測距要進(jìn)行四次測量，這四次的測量結(jié)果需要經(jīng)過處理后才可得到最終的測距返回值，而四次測量的控制以及測量結(jié)果的處理都是在這個(gè)函數(shù)中完成的，具體的處理方法：每一次測距中的四次測量的間隔時(shí)間用16Hz的時(shí)基中斷來控制
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