超聲測(cè)距系統(tǒng)英文翻譯

1、超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域、車(chē)輛導(dǎo)航、水聲工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。目前已應(yīng)用于液位測(cè)量、機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航以及空中和水下目標(biāo)的檢測(cè)、識(shí)別和定位。因此，深入研究超聲波測(cè)距的理論和方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了進(jìn)一步提高測(cè)距精度，滿(mǎn)足工程技術(shù)人員對(duì)測(cè)量精度、測(cè)距范圍和測(cè)距儀的要求，本文研制了一種基于單片機(jī)的便攜式超聲波測(cè)距系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:超聲波，測(cè)距儀，單片機(jī)1.前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人民生活水平的提高，城市開(kāi)發(fā)建設(shè)的加快，城市給排水系統(tǒng)的大發(fā)展，其狀況也在不斷改善。然而，由于歷史原因和許多不可預(yù)見(jiàn)的因素，城市給排水系統(tǒng)，尤其是排水系統(tǒng)，往往滯后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)挖掘已

2、建建筑設(shè)施改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來(lái)了困擾，所以疏通箱涵的污水對(duì)于大城市給排水系統(tǒng)的污水處理非常重要，這樣人們才能生活的舒適。箱涵排水清淤移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)是箱涵排水清淤移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的核心部分?？刂葡到y(tǒng)的核心部分是超聲波測(cè)距儀的研制。因此，設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀非常重要。2.超聲波測(cè)距原理2.1壓電超聲波發(fā)生器的原理壓電超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的共振來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器具有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)一個(gè)脈沖信號(hào)施加到它的兩極，其頻率等于壓電芯片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電芯片就會(huì)發(fā)生諧振，并驅(qū)動(dòng)諧振片振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。相反，如果兩個(gè)電極之間沒(méi)有施加電壓

3、，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，會(huì)壓迫壓電晶片振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后就變成了超聲波接收器。測(cè)量脈沖到達(dá)時(shí)間的傳統(tǒng)方法是基于具有固定參數(shù)的接收信號(hào)的開(kāi)始。該限值剛好高于噪聲水平，但脈沖到達(dá)時(shí)間被定義為脈沖信號(hào)剛好超過(guò)限值的第一個(gè)時(shí)刻。物體的脈沖強(qiáng)度很大程度上取決于它的自然大小和它與傳感器的距離。此外，從脈沖的起始點(diǎn)到剛好超過(guò)極限的時(shí)間段隨著脈沖的強(qiáng)度而變化。結(jié)果出現(xiàn)了一個(gè)錯(cuò)誤兩個(gè)強(qiáng)度不同的脈沖在不同的時(shí)間穿越邊界，但同時(shí)到達(dá)。較強(qiáng)的脈沖會(huì)比較弱的脈沖更早超過(guò)極限，所以我們認(rèn)為較強(qiáng)的脈沖屬于較近的物體。2.2超聲波測(cè)距原理超聲波發(fā)射器向某個(gè)方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)間的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。超聲波在空氣

4、中傳播，途中碰到障礙物，就立刻回來(lái)。超聲波接收器在接收到反射波后立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，可以根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間T計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)與障礙物之間的距離(s ),即s=340t/2。3.超聲波測(cè)距系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射，并對(duì)超聲波發(fā)射到接收的往返時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。單片機(jī)C51經(jīng)濟(jì)易用，芯片有4K ROM，編程方便。電路原理圖如圖1所示。圖1電路原理圖產(chǎn)生3.140kHz脈沖和超聲波發(fā)射測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40壓電陶瓷傳感器，其工作電壓為40kHz脈沖信號(hào)，由單片機(jī)執(zhí)行以下程序產(chǎn)生。普澤爾:mov 14h，# 12h超聲波發(fā)射20

5、0毫秒。這里:cpl p1.0輸出40kHz方波nopnopnopdjnz 14h，這里；浸水使柔軟前測(cè)距電路的輸入端連接到單片機(jī)的P1.0端口。單片機(jī)執(zhí)行上述程序后，在P1.0端口輸出一個(gè)40kHz的脈沖信號(hào)，經(jīng)三極管T放大后驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器UCM40T發(fā)射40kHz的脈沖超聲波，持續(xù)200 ms，右測(cè)距電路和左測(cè)距電路的輸入端分別與P1.1和P1.2端口相連，工作原理與前測(cè)距電路相同。3.2超聲波的接收和處理接收頭使用與發(fā)射頭配對(duì)的UCM40R，超聲調(diào)制脈沖變?yōu)榻涣麟妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器IC1A、IC1B放大后加到IC2上。IC2是帶鎖環(huán)的音頻解碼集成塊LM567。其壓控振蕩器的中心頻率F

6、0等于1/1.1R8c3，鎖定帶寬由電容C4決定。如果在發(fā)射的載頻上調(diào)整R8，LM567的輸入信號(hào)將大于25mV，輸出端8從高電平跳到低電平，作為中斷請(qǐng)求信號(hào)送到單片機(jī)處理。前置測(cè)距電路的輸出接單片機(jī)INT0口，中斷優(yōu)先級(jí)最高。左右測(cè)距電路的輸出通過(guò)與門(mén)IC3A的輸出連接到單片機(jī)INT1端口，單片機(jī)P1.3和P1.4連接到IC3A的輸入。中斷源的識(shí)別由程序查詢(xún)處理，中斷優(yōu)先級(jí)先右后左。一些源程序如下:接收1:推送psw推送accclr ex1關(guān)閉外部中斷1jnb p1.1，對(duì)；P1.1引腳為0，轉(zhuǎn)到右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序。jnb p1.2，左側(cè)；P1.2引腳為0，轉(zhuǎn)到左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序。返

7、回:SETB EX1；打開(kāi)外部中斷1流行accpop psw雷蒂右:.；右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口ajmp返回左側(cè):.；左側(cè)測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口ajmp返回3.3超聲波傳播時(shí)間的計(jì)算在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)，啟動(dòng)單片機(jī)的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和接收反射波的時(shí)間。當(dāng)接收到超聲波反射波時(shí)，接收電路的輸出端產(chǎn)生負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。MCU響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差并計(jì)算距離。它的一些源程序如下:接收0:推送PSW推送ACCCLR EX0關(guān)閉外部中斷0MOV R7，TH0讀取時(shí)間值MOVR6，TL0清除符號(hào)位R6 MOV

8、SUBB A，# 0BBH計(jì)算時(shí)差MOV 31H，A；存儲(chǔ)結(jié)果MOV A，R7SUBB A，#3CHMOV 30H，ASETB EX0；打開(kāi)外部中斷0流行ACCPOP PSW雷蒂對(duì)于平面目標(biāo)，距離測(cè)量包括兩個(gè)階段:粗測(cè)和精測(cè)。步驟1:脈沖傳輸產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)單的超聲波。第二步:根據(jù)公式改變回聲放大器的采集量，直到檢測(cè)到回?fù)?。第三?檢測(cè)兩個(gè)回波的幅度和過(guò)零時(shí)間。第四步:設(shè)置回聲放大器的結(jié)果指定輸出，假設(shè)是3伏。通過(guò)脈沖周期設(shè)置下一個(gè)脈沖。根據(jù)第二部分的數(shù)據(jù)設(shè)置時(shí)間窗口。第五步:發(fā)射兩串脈沖，產(chǎn)生干擾波。測(cè)量過(guò)零時(shí)間和回波幅度。如果在回聲中出現(xiàn)相反的情況，則決定是否在低壓下插入振幅。第六步:用公式計(jì)算

9、距離Y。4.超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序。主程序完成初始化工作，控制超聲波發(fā)射和接收的順序。定時(shí)中斷服務(wù)子程序依次完成三向超聲波發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值讀取、距離計(jì)算、結(jié)果輸出等。5.結(jié)論對(duì)要求測(cè)量周長(zhǎng)為30cm200cm的平面物體進(jìn)行了多次測(cè)量，發(fā)現(xiàn)最大誤差為0.5cm，重復(fù)性好?？梢钥闯?，基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量誤差小的特點(diǎn)。因此，它不僅可用于移動(dòng)機(jī)器人，也可用于其他檢測(cè)系統(tǒng)。思考:至于接收機(jī)中為什么不用晶體管做放大電路，因?yàn)榉糯蟊稊?shù)不好，集成放大電路配有自動(dòng)電平增益控制，放大倍數(shù)76dB，中心頻率38k到4

10、0k，正好是超聲波傳感器的諧振頻率。參考1.Fox，J.D .、Khuri-Yakub、B.T .和Kino，G.S .，“空氣中的高頻聲波測(cè)量”，載于IEEE 1983年超聲波研討會(huì)會(huì)議錄，1983年10月31-11月2日，佐治亞州亞特蘭大，第581-584頁(yè)。2.Martin Abreu，J.M .，Ceres，r .和Freire，t .，“超聲波測(cè)距:包絡(luò)分析提高精度”，傳感器評(píng)論，第12卷第1期，1992年，第17-21頁(yè)。3.Parrilla，m .，Anaya，J.J .和Fritsch，c .，“高精度超聲波測(cè)距的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)”，IEEE匯刊:儀器和測(cè)量，第40卷第4期，1

11、991年8月，第759-63頁(yè)。4.Canali，c .、Cicco，G.D .、Mortem，b .、Prudenziati，m .和Taron，A .，“一種在空氣中工作的溫度補(bǔ)償超聲波傳感器，用于距離和近程測(cè)量”，IEEE工業(yè)電子學(xué)報(bào)，IE-29卷第4期，1982年，第336-41頁(yè)。5.Martin，J.M .、Ceres，r .、Calderon，L .和Freire，t .，“超聲波測(cè)距獲得熱校正”，傳感器評(píng)論，第9卷第3期，1989年，第153-5頁(yè)。超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)出版物名稱(chēng):傳感器評(píng)論。布拉德福:1993年。第13卷文摘:超聲波測(cè)距技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、車(chē)輛導(dǎo)航和聲納工程等領(lǐng)域有

12、著廣泛的應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)已應(yīng)用于液位測(cè)量、自導(dǎo)式自主車(chē)、野外作業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)航、空中和水下目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別、定位等領(lǐng)域。因此，深入學(xué)習(xí)測(cè)距理論和方法具有重要的實(shí)踐意義。為了提高手持式超聲波測(cè)距系統(tǒng)的精度，滿(mǎn)足工程人員對(duì)測(cè)距精度、范圍和使用的要求，研制了一種基于單片機(jī)的便攜式超聲波測(cè)距系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:超聲波r，測(cè)距系統(tǒng)，單片機(jī)1.介紹的隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人民生活水平的提高，加快了城市的開(kāi)發(fā)和建設(shè)。城市排水系統(tǒng)有了很大發(fā)展，其狀況也在不斷改善。然而，由于歷史原因，許多不可預(yù)測(cè)的因素綜合在她的時(shí)代，城市排水系統(tǒng)。特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常會(huì)有好的建筑被挖掘，建筑設(shè)施，以提升排水系統(tǒng)的現(xiàn)

13、象。它給城市帶來(lái)了污水，而它又是城市污水處理系統(tǒng)中的清污和排水暗渠。舒適對(duì)人們的生活非常重要。移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)用于清理排水涵洞和自動(dòng)控制系統(tǒng)免費(fèi)污水涵洞清理保證機(jī)器人，該機(jī)器人設(shè)計(jì)用于清理涵洞污水的核心?？刂葡到y(tǒng)是超聲波測(cè)距儀開(kāi)發(fā)的核心組成部分。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)好的超聲波測(cè)距儀是非常重要的。2.超聲波測(cè)距原理2.1壓電超聲波發(fā)生器的原理壓電超聲波發(fā)生器是利用壓電晶體諧振器來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它有兩個(gè)壓電芯片和一個(gè)諧振板。當(dāng)它的兩個(gè)外加脈沖信號(hào)，其頻率等于芯片的固有壓電振蕩頻率時(shí)，芯片就會(huì)發(fā)生壓電諧振，并推動(dòng)板的共振振動(dòng)發(fā)展，產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩個(gè)電極間都沒(méi)有電壓，當(dāng)電路板

14、接收到超聲波共振時(shí)，就會(huì)對(duì)壓電芯片進(jìn)行振動(dòng)抑制，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這時(shí)它就變成了超聲波接收器。確定回波到達(dá)時(shí)刻的傳統(tǒng)方法是基于用固定基準(zhǔn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行閾值處理。閾值被選擇為遠(yuǎn)高于噪聲水平，而回波到達(dá)的時(shí)刻被定義為回波信號(hào)超過(guò)該閾值的第一時(shí)刻。從物體反射的回波的強(qiáng)度很大程度上取決于物體的性質(zhì)、大小和與傳感器的距離。此外，從回聲的起始點(diǎn)到它超過(guò)閾值的時(shí)刻的時(shí)間間隔隨著回聲的強(qiáng)度而變化。因此，即使同時(shí)到達(dá)的兩個(gè)強(qiáng)度不同的回波在不同時(shí)刻超過(guò)閾值，也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。較強(qiáng)的一個(gè)會(huì)比較弱的一個(gè)更早超過(guò)閾值，所以會(huì)被認(rèn)為是屬于較近的一個(gè)物體。2.2超聲波測(cè)距原理超聲波發(fā)射器向一個(gè)方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射

15、時(shí)刻開(kāi)始的同時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中的障礙物立即返回，接收器收到超聲波反射波立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m / s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，我們可以計(jì)算出發(fā)射距離障礙物之間的距離(s ),即:s = 340t / 23.超聲波測(cè)距系統(tǒng)的二次電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)是用單片機(jī)來(lái)控制超聲波發(fā)射器和超聲波接收器的自發(fā)射定時(shí)，單片機(jī)選用8751，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，并且芯片有4K ROM，方便編程。電路原理圖如圖2所示。圖1電路原理圖3.1發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的40千赫超聲波脈沖測(cè)距系統(tǒng)的超聲波傳感器采用壓電陶瓷傳感器UCM40，其工作電壓為40kHz的脈沖信號(hào)，它由單片機(jī)執(zhí)行以下程序產(chǎn)生。普澤爾:mov

16、 14h，# 12h超聲波點(diǎn)火持續(xù)200毫秒這里:cpl p1.0輸出40kHz方波nopnopnopdjnz 14h，這里；浸水使柔軟單片機(jī)前端測(cè)距終端電路的P1.0輸入端口，單片機(jī)執(zhí)行上述程序，在P1.0端口輸出一個(gè)40kHz的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管T放大后，驅(qū)動(dòng)UCM40T發(fā)射第一個(gè)超聲波，發(fā)出40kHz的超聲波脈沖，并持續(xù)發(fā)射200ms。分別測(cè)距電路的右側(cè)和左側(cè)，然后輸入端口P1.1和P1.2，其工作原理和前面電路的位置相同。3.2超聲波的接收和處理用于接收第一對(duì)UCM40R的第一次發(fā)射，將超聲脈沖調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電壓，經(jīng)運(yùn)算放大器放大IC1A和極化IC1B后送到IC2。IC2是帶音頻

17、解碼芯片LM567的鎖相環(huán)，內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率為f0 = 1/1.1R8C3，電容C4決定其目標(biāo)帶寬。R8調(diào)理在發(fā)射載波頻率上，LM567的輸入信號(hào)大于25mV，輸出從高8腳跳成低電平，作為中斷請(qǐng)求信號(hào)送到單片機(jī)處理。單片機(jī)終端電路輸出端口INT0前面的測(cè)距中斷優(yōu)先級(jí)最高，輸出電路右側(cè)或左側(cè)位置用輸出門(mén)IC3A接入單片機(jī)INT1端口，而單片機(jī)P1.3和P1。4收到輸入IC3A，中斷由進(jìn)程識(shí)別查詢(xún)?cè)磥?lái)處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先左后右。部分源代碼如下:接收1:推送psw推送accclr ex1相關(guān)外部中斷1jnb p1.1，對(duì)；P1.1引腳為0，范圍從右到中斷服務(wù)程序電路jnb p1.2，左側(cè)；P1

18、.2引腳為0，為左側(cè)測(cè)距電路中斷服務(wù)程序返回:SETB EX1；打開(kāi)外部中斷1流行accpop psw雷蒂右:.；右位置入口電路中斷服務(wù)程序Ajmp返回左側(cè):.；左側(cè)測(cè)距入口電路中斷服務(wù)程序Ajmp返回3.3超聲波傳播時(shí)間的計(jì)算當(dāng)你開(kāi)始發(fā)射的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)電路內(nèi)的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄發(fā)射時(shí)間和超聲波反射波接收時(shí)間。當(dāng)接收到超聲波反射回來(lái)的ed波時(shí)，接收電路輸出一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1結(jié)束時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)差，計(jì)算距離。它的一些源代碼如下:接收0:推送PSW推送ACCCLR EX0相關(guān)外部中斷0MOV R7，TH

19、0讀取時(shí)間值MOVR6，TL0清除符號(hào)位R6 MOVSUBB A，# 0BBH計(jì)算時(shí)差MOV 31H，A；存儲(chǔ)結(jié)果MOV A，R7SUBB A，# 3CHMOV 30H，ASETB EX0；打開(kāi)外部中斷0流行ACCPOP PSW雷蒂對(duì)于平面目標(biāo)，距離測(cè)量包括兩個(gè)階段:粗略測(cè)量和精確測(cè)量。精確的測(cè)量:步驟1:發(fā)射一個(gè)脈沖序列以產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)單的超聲波。步驟2:根據(jù)等式改變兩個(gè)回波放大器的增益，直到檢測(cè)到回波。步驟3:檢測(cè)兩個(gè)回波的幅度和過(guò)零時(shí)間。步驟4:設(shè)置兩個(gè)回波放大器的增益，以將輸出歸一化為例如3伏。根據(jù)回波周期設(shè)置下一個(gè)脈沖的周期。根據(jù)步驟2的數(shù)據(jù)設(shè)置時(shí)間窗口。步驟5:發(fā)送兩個(gè)脈沖序列以產(chǎn)生干擾波。測(cè)試回波的過(guò)零時(shí)間和振幅。如果回波中出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)，則確定通過(guò)使用波谷附近的振幅進(jìn)行插值來(lái)計(jì)算。導(dǎo)出t sub m1和t sub m2。步驟6:使用等式計(jì)算距離y。4.超聲波測(cè)距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序。完成主程序的初始化工作，控制超聲波發(fā)射和接收的各個(gè)順序。中斷服務(wù)子程序定時(shí)完成三個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的超聲波發(fā)射，主外部中斷服務(wù)子程序讀取完成時(shí)間值、距離計(jì)算、結(jié)果輸出等。5.結(jié)論要求測(cè)量范圍為30cm 200cm的平面內(nèi)物體做多次測(cè)量，發(fā)現(xiàn)最大誤差為0.5cm，且重復(fù)性好?？梢钥闯?/p>