幾種常見的超聲波測距原理圖 - 全文

　　超聲波測距原理

　　超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。這就是所謂的時間差測距法。

　　超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。

　　測距的公式表示為：L=C×T

　　式中L為測量的距離長度;C為超聲波在空氣中的傳播速度;T為測量距離傳播的時間差(T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半)。

　　超聲波測距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量，雖然目前的測距量程上能達到百米，但測量的精度往往只能達到厘米數(shù)量級。

　　由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內(nèi)的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，提高測量時間差到微秒級，以及用LM92溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們設(shè)計的高精度超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度。

　　超聲波測距儀制作方案

　　方案一：利用分立模塊的超聲波測距儀

　　系統(tǒng)包括超聲波測距模組、LED數(shù)碼顯示模組、驅(qū)動模組控制模組及電源五部分。

　　超聲波測距模塊主要由發(fā)射部分和接收部分組成，超聲波的發(fā)射受主控制器控制(如圖1所示);超聲波換能器諧振在40KHz的頻率，模塊上帶有40KHz方波產(chǎn)生電路。

　　顯示模塊是一個8位段數(shù)碼顯示的LCD;測量結(jié)果的顯示用到三位數(shù)字段碼，格式為X點XX米，同時還用兩位數(shù)字段碼顯示數(shù)據(jù)的個數(shù)。

　　電源采用9V的DC電源輸入，經(jīng)穩(wěn)壓管后得出5V以及3.3V的電源供系統(tǒng)各部分電路使用。

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　　圖1 超聲波測距的結(jié)構(gòu)

　　方案二：基于PIC16F876A單片機的超聲波測距儀

　　超聲波測距儀主要以單片機PIC16F876A為核心，其發(fā)射器是利用壓電晶體的諧振帶動周圍空氣振動來工作的.超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時 ，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器接收到反射波就立即停止計時。一般情況下，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/ s，根據(jù)計時器記錄的時間t ，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 s，即s=340×t/2， 這就是常用的時差法測距。

　　在測距計數(shù)電路設(shè)計中，采用了相關(guān)計數(shù)法，其主要原理是：測量時單片機系統(tǒng)先給發(fā)射電路提供脈沖信號，單片機計數(shù)器處于等待狀態(tài)，不計數(shù);當(dāng)信號發(fā)射一段時間后，由單片機發(fā)出信號使系統(tǒng)關(guān)閉發(fā)射信號，計數(shù)器開始計數(shù)，實現(xiàn)起始時的同步;當(dāng)接收信號的最后一個脈沖到來后，計數(shù)器停止計數(shù)。

　　雙向超聲波測距儀的系統(tǒng)主要有幾下部分組成(如圖2所示)： LED顯示模塊，PIC16F876A芯片，超聲波發(fā)射模塊，超聲波接收模塊，電源模塊等五大模塊組成。

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　　圖2 系統(tǒng)設(shè)計總體框圖

　　1.2方案選取

　　由于本次課程設(shè)計是數(shù)模電路設(shè)計，，并且考慮到單片機編程對于小組成員都不熟悉，調(diào)試將遇到更大困難。方案一電路都為所學(xué)知識搭建，原理比較熟悉，故采用了硬件電路較復(fù)雜的方案一。

　　更多方案請參看：超聲波測距儀制作方案

　　用CX20106A做超聲波測距電路圖

　　下面是使用 CX20106A 作為超聲波接收處理的典型電路，供參考。(當(dāng) CX20106A 接收到40KHz的信號時，會在第7腳產(chǎn)生一個低電平下降脈沖，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸入)

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　　一、超聲波發(fā)射部分應(yīng)該注意的地方

　　1、首先確定你發(fā)射出的超聲波的頻率為標準的 40KHz(占空比50%)，并保證有足夠的驅(qū)動電壓。

　　2、如果你驅(qū)動的是開放式的非防水探頭(就是鋁外殼，探頭表面有金屬網(wǎng)，可以看到里面有一錐形的金屬)，則使用反相器串聯(lián)再并聯(lián)做BTL推動就可以了(短距離測距，10vpp以上的電壓即可)。

　　3、如果使用的探頭是全封閉的防水頭，那就要主要必須有足夠的驅(qū)動電壓才能驅(qū)動得了探頭(至少要60vpp以上，必須使用倒車雷達專用的中周變壓器，這個器件可以找電感生產(chǎn)廠家，已經(jīng)批量產(chǎn)業(yè)化的器件，所以容易購買。注意下匝數(shù)比就可以，一般有1:10、1:7幾種匝數(shù)比，都可以用)。

　　二、CX20106A 的第5腳的電阻決定接收的中心頻率，200k的電阻決定了接收的中心頻率為40KHz。

　　使用CX20106A存在的優(yōu)缺點：

　　優(yōu)點：簡單易用，電路簡單，減少了生產(chǎn)調(diào)試的麻煩。

　　缺點：必須保證接收到的信號為40KHz，否則無法解調(diào)出。

　　更多內(nèi)容請參看：用CX20106A做超聲波測距電路圖

　　超聲波測距儀原理圖

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　　更多請參看:超聲波測距儀原理圖

　　超聲波測距系統(tǒng)的電路設(shè)計

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　　圖2 超聲波測距電路原理圖

　　本系統(tǒng)的特點是利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時，單片機選用8751，經(jīng)濟易用，且片內(nèi)有4K的ROM，便于編程。電路原理圖如圖2所示。其中只畫出前方測距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測距電路與前方測距電路相同，故省略之。

　　更多內(nèi)容請參看:超聲波測距電路設(shè)計

　　超聲波測距原理圖

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　　請參看：超聲波測距原理圖