超聲波測距儀的設計(參考版)
2025-07-03 09:11本頁面
【正文】 。該測距儀具有準雙向測距功能，穩(wěn)定性比較高、靈敏度比較高，盲區(qū)范圍小，, 被測目標不需要垂直于超聲波測距儀角度保持在正負30度，被測目標表面不需要平坦；但是在檢測過程中會有一些不便的地方：，由于發(fā)射功率有限，測距儀無法測量5m外的物體。加上額外增益和使用多態(tài)LCD 來讀出盡可能多的位數(shù)也可以增大測量范圍。在本應用中引入了一個電位器來進行測距距離補償，可以使系統(tǒng)在很大的溫度范圍內(nèi)精確測量。而且在測距1m內(nèi)，測量誤差小于3cm精度較高，最小分辨率也達到了1cm，測試盲區(qū)13cm，而且精度高。當測距不是很準確的時候可以用定位器來進行校準，測量精確度在1cm內(nèi)。我們所設計的電路能實現(xiàn)雙向測距，分別由兩個發(fā)光二極管來去分測距方向，并且自動選擇測量距離短的一面。測量單位：cm。測量結果按照設計的硬件電路和軟件，做成成品，調(diào)試好后，對系統(tǒng)進行測試，測試數(shù)據(jù)如表1和表2所示。通過這樣的方法，我們也能夠順利的求出聲速，省去了使用傳感器測量溫度所帶來的麻煩。標桿校正的示意圖如圖15 所示。由于能夠使用高頻率的晶振，因此相對于普通單片機來說可以有效的減少由計時問題帶來的量化誤差，能夠滿足較高精度超聲波測距儀的設計要求。為了更好的實現(xiàn)換算過程同時兼顧設備的使用成本，我們采用宏晶公司的最新推出的 STC12C5410 單片機實現(xiàn)超聲波測距的各項功能。 % 的使用精度，在這個空間內(nèi)足以保證為超聲波測距設備提供足夠的精度范圍。 為了便于對溫度信號的數(shù)據(jù)采集及處理，我們采用 DALASS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 集成溫度傳感器。而問題的關鍵在于獲得溫度數(shù)據(jù)的方法。因此提高超聲波測量精度的重中之重就是獲得準確的當?shù)芈曀佟?此公式一般能為聲速的換算提供較為準確的結果。超聲波在大氣中傳播的速度受介質氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即： 由上式知，在空氣中，當?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準確的當?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y距時的測量精度。 經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個回波確定準確的接受時間，必須對收到的信號進行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時間，會對超聲波測量精度產(chǎn)生影響。對于接收到的回波，超聲波在空氣介質的傳播過程中會有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。系統(tǒng)調(diào)試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應不同距離的測量需要。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C4的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。圖15 工作流程圖四、系統(tǒng)調(diào)試超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用Φ15的超聲波換能器TCT4010F1（T發(fā)射）和TCT4010S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求。程序流程如圖14所示：圖14 軟件設計流程框圖其工作流程是：上電后首先對系統(tǒng)進行初始化，緊接著調(diào)用顯示子程序，顯示完后判斷有沒有超聲波被接收，若有，則停止計時并將計時值送入距離計算子程序，然后將所測距離顯示1秒，最后返回進行下一輪液位測量，若沒有信號進來，則繼續(xù)調(diào)用顯示子程序。圖13 超聲波測距儀總體電路圖軟件設計與工作流程圖超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成?？傮w電路圖 本系統(tǒng)采用雙向測距，通過雙向收發(fā)來實現(xiàn)，兩方發(fā)送分別由082D和NE5534P兩個運放來控制，將信號放大由超聲波傳感器發(fā)送；再經(jīng)過超聲波傳感器接收，由變壓器進行耦合經(jīng)三極管放大，將左右（分別由紅綠兩盞燈區(qū)分）兩組數(shù)據(jù)送入CD4052數(shù)據(jù)選擇器進行數(shù)據(jù)選擇，選出信號強（測量距離近）的那個信號送入PIC主芯片，再由PIC進行處理將結果送到數(shù)碼管顯示。通過單片機的1117三個管腳的信號控制三個三極管的B級，利用三極管的開關特性，實現(xiàn)數(shù)碼管的點亮，從而實現(xiàn)動態(tài)顯示。其中，變壓器將交流電源（220V/50Hz）變換位符合整流電路所需要的交流電壓；整流電路是具有但方向導電性能的整流器件，將交流電壓整流成單方向脈動的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動或負載變化時，通過此電路使直流輸出電壓穩(wěn)定。圖11 接收電路組成圖
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