基于單片機的測距儀設(shè)計-資料下載頁
2024-11-07 08:34本頁面
【導讀】本文詳細介紹了一種基于單片機的脈沖反射式超聲測距系統(tǒng)。特性，對影響測距系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論。功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。針對測距系統(tǒng)發(fā)射、接收、檢測、顯。示部分的總體設(shè)計方案進行了論證。的應(yīng)用，分析了系統(tǒng)各部分的硬件及軟件實現(xiàn)。
【正文】 的一個元件，只有在傳感器電容值超過某一值時，振蕩電路才開始振蕩，將此信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，即可表示與外界物體的距離。電容式傳感器只能用來檢測很短的距離，一般僅為幾個毫米，超過這個距離，傳感器的靈敏度將急劇下降 。并且由于內(nèi)部采用閥值判斷，不能起到精確測量的作用，而可能實現(xiàn)開關(guān)的工作方式。因此，不適合精確的測距 用途。 (3)紅外和光電傳感器 這類測距傳感器是依靠紅外線或是其它不可見光的直線傳播特性。通過光敏元件來發(fā)射和接收信號，從而判斷障礙物的存在與否。由于光線的傳播速度極快，通常難以通過簡單的裝置估算其傳播距離，因此在簡單、低成本的應(yīng)用中，這類傳感器也是主要用于狀態(tài)的判斷 (障礙物的有無、物料是否到位、液面是否過高等 )而無法實現(xiàn)對距離的實時測量。 (4)超聲測距傳感器 在排除了以上幾種測距傳感器的條件下，我們選擇了超聲測距傳感器，作為測距的主要傳感部件。超聲波傳感器是實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的裝置，又稱為超聲波換能 器或者超聲波探頭。它是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。 超聲波傳感器分為發(fā)射換能器和接受換能器，既能發(fā)射超聲波又能接受發(fā)射出去的超聲波的回波。超聲換能器的種類很多，按照其結(jié)構(gòu)可分為直探頭 (縱波 )、斜探頭 (橫波 )、表面波探頭、雙探頭 (一個發(fā)射，一個接受 )、聚焦探頭 (將聲波聚集成一束 )、水浸探頭 (可浸在液體中 )以及其它專用探頭。按照實現(xiàn)超聲換能器機電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同可將換能器分為電動式、電磁式、磁致式、壓電式和電致伸縮式等。 采用超聲波 傳感器測距主要有以下幾方面的因素： (1)測距方式原理簡單，便于實現(xiàn)； (2)測距精度高； (3)超聲波傳感器有一定的覆蓋性，因此，可以用較少的傳感器數(shù)量覆蓋較大的測量范圍。 圖 超聲波傳感器測距示意圖，其中虛線分別為超聲波傳感器的發(fā)射探頭和接受探頭的發(fā)射范圍和接受范圍，它們的交叉部分為共同信號區(qū)。 侯杰：基于單片機的測距儀設(shè)計 12 超聲波傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 超聲波傳感器的典型外形如圖 所示，金屬外殼主要是為防止外力對內(nèi)部元件的損壞，并防止超聲波向其他方向散射。金屬網(wǎng)也起保 護作用，但是不影響超聲波的發(fā)射和接受。超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，其主要由金屬網(wǎng)、外殼、錐形揚聲器、壓電晶片、底座、引腳等部分組成。其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，壓電晶片多為圓板形，其厚度與超聲波頻率成反比。錐形揚聲器能使發(fā)射和接受的超聲波能量集中，并使傳感器具有一定的指向角。 圖 超聲波傳感器測距示意圖 圖 超聲波傳感器的外形 四川理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 超聲波傳感器的選擇材料 某些電介質(zhì) (例如晶體、陶瓷、高分子聚合物等 )在其適應(yīng)的方向施加作用力時，內(nèi)部的電極化狀態(tài)會發(fā)生變化，在電介質(zhì)的 某相對兩表面內(nèi)會出現(xiàn)與外力成正比的符號相反的束縛電荷，這種由于外力作用使電介質(zhì)帶電的現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。相反地，若在電介質(zhì)上加一外電場，在此電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)部電極化狀態(tài)會發(fā)生相應(yīng)的變化，產(chǎn)生與外加電場強度成正比的應(yīng)變現(xiàn)象，這一現(xiàn)象叫做逆壓電效應(yīng)。 壓電材料是壓電換能器的研制、應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。大致可分為五類：壓電單晶體、壓電多晶體、壓電半導體、壓電高分子聚合物、復(fù)合壓電材料。其中壓電陶瓷是壓電多晶體材料，這類壓電陶瓷為實心，均勻和一體的壓電功能材料，具有優(yōu)良的壓電性能。壓電陶瓷自問世以來，至今已有 30 多年歷史。無論在材料基礎(chǔ)研究方面或是在應(yīng)用方面，都獲得了飛速的發(fā)展。由于壓電陶瓷的出現(xiàn)，開辟了壓電材料的廣闊前景，也使壓電換能器的理論發(fā)展和實際應(yīng)用提高到一個新的高度。壓電陶瓷是當今最有可為的壓電材料，目前在壓電材料中無論數(shù)量上還是質(zhì)量上均處于支配地位，其原因是它有如下優(yōu)點： (l)所用原材料價廉且易得； (2)具有非水溶性，遇潮不易損壞； (3)壓電性能優(yōu)越； 圖 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 侯杰：基于單片機的測距儀設(shè)計 14 (4)品種繁多，性能各異，可滿足不同的設(shè)計要求； (5)機械強度好，易于加工成各種不同的形狀和尺寸； (6)采用不同的形狀和不 同的電極化軸，可以得到所需的各種振動模式； (7)制作工藝較簡單，生產(chǎn)周期較短，價格適中。 TCT4016T/R 超聲波傳感器 T/R40XX 系列超聲波傳感器典型的工作頻率為 40kHz177。 1kHz,其電氣參數(shù)如下所示。 XX 代表超聲波傳感器的外殼直徑 (mm),T 代表英文 transmit，中文意思為發(fā)射； R 代表英文 receive，中文意思為接收。本文采用的超聲波傳感器型號為 TCT4016T/R,這種超聲波傳感器的外殼直徑為 16mm。 (1).標稱頻率（ KHz）： 40KHz (2).發(fā)射聲壓 at10V（ 0dB=）：≥ 117dB (3).接收靈敏度 at40KHz (0dB=V/ubar)：≥ 65dB (4).靜電容量 at1KHz,1V (PF)： 2020177。 30% (5)探測距離（ m）： ~15 (6).T— 發(fā)射； R— 接受 (7).外殼材料：鋁 (8).外殼顏色：銀色 圖 TCT4016R/T 外觀圖 四川理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1
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