超聲波測距裝置的研究和設(shè)計

1、超聲波測距裝置的研究和設(shè)計超聲波測距裝置的研究和設(shè)計摘要利用超聲波測量間隔 具有原理簡單、抗干擾才能強等優(yōu)點，因此超聲波測距裝置也具備了構(gòu)造簡單，工作情況穩(wěn)定的優(yōu)勢，被廣泛采用。本文通過對其工作原理的介紹和設(shè)計實例的分析，介紹了超聲波測距裝置的根本構(gòu)造和工作過程。關(guān)鍵詞根本原理裝置特征裝置設(shè)計一、超聲波測距裝置的研究1裝置的應(yīng)用和根本原理利用超聲波進展間隔 測量的主要是發(fā)揮其受外界干擾較小的優(yōu)勢，而且傳感器的構(gòu)造相對簡單，本錢不高。在測量的過程中傳輸?shù)穆曨l不高，便于接收元件識別和計算。因此在機器人研制、車輛輔助系統(tǒng)、測量測繪等方面得到了廣泛的應(yīng)用。而且電子技術(shù)的開展讓新型的電氣元件和傳統(tǒng)的超聲

2、波理論有機的結(jié)合起來，拓展了該技術(shù)領(lǐng)域的空間。目前超聲波測距裝置主要利用的是陶瓷超聲波能量轉(zhuǎn)器，作為固體超聲波發(fā)生裝置，發(fā)生超聲波的頻率為40kHz的固定頻率，利用先進的單機芯片負責聲波的收發(fā)，從而計算發(fā)射和接收的微量時間差測算出目的間隔 ，這就是超聲波測距的原理。2超聲波測距裝置特征從理論上看，超聲波發(fā)生裝置的電壓越高效果越好，這是因就同一個發(fā)生系統(tǒng)來看，電壓越高其發(fā)出的超聲波功率也就越大，這樣在接收裝置上接到的回波功率也就越高，測量也就越準確。但是在實際的應(yīng)用過論文聯(lián)盟.Ll.程中，設(shè)備的應(yīng)用的工作電壓是不可能超過一個極限的，假如超負荷運行就會對裝置造成不可修復(fù)的損傷。因此在實際的工作中發(fā)

3、射模塊所產(chǎn)生的脈沖電壓是相對的高，而不能無限的放大?；谶@樣的條件限制，在發(fā)射局部的電脈沖信號發(fā)出后，由物體反射回的信號當然也就受到一定的限制，其引起的壓電晶片產(chǎn)生的電壓當然也就較低，而且在其中還會混入一些環(huán)境因素導(dǎo)致的雜波，讓裝置出現(xiàn)錯誤。所以，在超聲波測距裝置的設(shè)計過程中需要著重研究系統(tǒng)對回收信號的處理，除了需要必要的放大外，也需要進展過濾，要到達芯片可以處理的強度。二、超聲波測距裝置的設(shè)計超聲波裝置的設(shè)計因為采用的元件有所差異，其設(shè)計的思路也不盡一樣，但是其工作的原理、裝置組成、工作過程是根本一致的，因此下面選擇一種設(shè)計方式進展簡要的介紹。1裝置單機芯片功能選擇一般的超聲波測距裝置主要的

4、系統(tǒng)構(gòu)成為發(fā)射、接收放大、溫度測量、數(shù)據(jù)處理這四個模塊，以滿足其功能實現(xiàn)。本例中采用的是低電壓高性能的單機芯片，具備可編程存儲器。這一款單機芯片由Atel公司出品，可以完全與工業(yè)用8051產(chǎn)品進展兼容，指令和腳本沒有沖突。芯片的可編程存儲器完全可以適應(yīng)各種裝置的設(shè)計需求，滿足應(yīng)用功能。2裝置的發(fā)射電路設(shè)計在超聲波裝置的應(yīng)用過程中，理論認為40kHz的超聲信號是理想頻率。因此在利用555電路的時候電路產(chǎn)生的40kHz的超聲波，其振蕩可以利用公式：f1.43R1+2R21進展計算，其中R2采用的是可調(diào)節(jié)電阻，主要是為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)換頻率的一致性。在設(shè)計的過程中R1、R2、1這三個參數(shù)的選取可以利用軟件進

5、展選取，最后進展測試以保證準確。而且為了可以保證555的驅(qū)動才能裝置采用了12伏電源進展供電。工作中555電路產(chǎn)生的40kHz方波通過元件調(diào)整，讓超聲波換能器發(fā)出超聲波，而且在過程中利用單機芯片通過555的上下電平來實現(xiàn)超聲波的發(fā)射控制。3回波接收的電路設(shè)計裝置的設(shè)計關(guān)鍵就在于對回波的處理，因為反射回來的聲波信號非常的微弱，因此必須經(jīng)過放大電路的放大，才能保證識別和計算。裝置接收到聲波信號后，先經(jīng)過電容的耦合，然后加載到預(yù)算放大器上進展兩級放大，這里可以采用NE5532，這不僅是因為回波的頻帶寬，噪聲低，更是為了其共模抑制大，電源電壓抑制小，因此偏置電壓校而且工作的性能較好，價格合理。在這里實

6、現(xiàn)的兩級放大分別為100倍，得到的最終信號放大了10000倍。放大的信號采用電子元件進展比擬和調(diào)整，通過電阻對其進展調(diào)節(jié)已選擇不同的比擬電壓，到達對測量間隔 的調(diào)整。4裝置的溫度補償設(shè)計超聲波在傳播的過程中可以對其產(chǎn)生影響的因素包括濕度、壓力、溫度，理論證明溫度對其影響最大。因此在超聲波測距裝置的設(shè)計中應(yīng)當參加必須的溫度補償模塊，以保證裝置的適應(yīng)性。在這里應(yīng)用的是根據(jù)超聲波的特性總結(jié)出的經(jīng)歷公式：V=331.5+0.607T以此作為測距中波速的補償，V是實際速度，T為溫度。一般的裝置都會采用數(shù)字溫度傳感器來采集現(xiàn)場溫度，并對波速進展補償。其中如：DS18B20的應(yīng)用，它是一總線器件，不需要其他調(diào)理電路，就能和單片機直接相連。工作過程是，通過DS18B20單片機可以實時采集溫度值，在進展測量時將溫度補償給波速，保證單機芯片計算出該溫度下的超聲波速度。三、完畢語目前超聲波測距裝置在電子技術(shù)的支持下，已經(jīng)實現(xiàn)了集成化的控制。設(shè)計中利用電機芯片作為控制核心，通過簡單的編程保證各部元件的互相配合，已經(jīng)成為了設(shè)計的主要思路和方向。這可以讓超聲波測距裝置更為簡單小巧，應(yīng)用范圍也不斷擴展。參考文獻：1陳雁.低功耗超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計.安徽科技.2022(05).2王愛珍.基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).忻州師范學(xué)院學(xué)報.2022(02).3韓瑞麗.超聲波測距定位