超声波测距系统在一个场合下使用时精确度会有所不同。通常它的错误比较大且时常不能符合应用的需要。在本文中,在特殊场合可用于非接触测量距离的新超声波测距系统,采用单芯片、超声波测距技术和传感器技术设计。距离和温度测量数据通过液晶显示屏显示,由单芯片机控制的发射和接收超声波,根据时间差定位的方法来测量距离。
为了提高测量精度,温度传感器用于测量温度和温度补整,该系统还采用了语音广播系统,这使得它精度更高,更方便、更广泛的被应用。
关键词:超声波传感器;测量距离;单片机
I.介绍
距离是在不同场合和控制检波上的一个关键的必要参数。 因此,如何提高数据精度已成为一个问题。
虽然有多种定位方法,如激光测距仪,微波测距,红外线和超声波测距。 然而,超声波测距仪是一种简单可行的方法。
X.K.Song et al.[1]认为,一种超声波测距电路,甚至有专门的集成电路超声波测距仪。
然而,一些电路复杂性、技术难度、调试困难、组件难买的问题存在着。
本文介绍的电路成本低、性能可靠、易于购买组件,并结合单芯片的数据处理,使得测量精度得到了提高。
该电路是比较容易实现的电路,更加稳定可靠。
在特殊场合可用于非接触测量距离的新超声波测距系统,采用单芯片、超声波测距技术和传感器技术设计。超声波是一种超出了人们听觉范围(16KHz)的声波。 它有一些特征,如高频率,沿线传播,良好的方向性,小衍射,穿透力强,慢速度(340米/秒)等。
超声波测距采用一种非接触式检测方法来检测在黑暗、灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣环境中的对象,具有一定的适应性,它结构简单、体积小,可提供可靠的信号处理等等。
因此,在目标识别、车辆自动导航、液位测量、机械手控制方面它具有广泛的应用[2]。
超声波测距原理
因为声音压力水平和超声波传感器的灵敏度最大值是40KHz,本文中传感器40KHz的频率,已被应用于工作中。
工作原理如下:当超声波发射器发射超声波时,开始记录时间,当超声波遇到障碍时会被反映出来并且由超声波接收器接收,此时停止时钟。
Z.H.田和J.G.曹[3]认为超声波发射器和障碍之间的距离将通过公式计算:l=ct/2 (1)
其中,L为超声波发射器和障碍物之间的距离。
系统硬件电路由单芯片,超声波发射器和接收器模块,液晶显示模块,语音广播
模块和温度补偿电路模块构成。其结构框图如图1. 一.超声波发射器的模块化设计
(1)555芯片已被用于发射振荡驱动电路。当I / O端口的单片机的P2.3等于0,发射电路将停止振荡。电路设计如图2。振荡频率的计算公式如下:f=1.43/((R2+2R1)C3)
(2)为了确保足够的驱动能力为555时基,12V电源就会开始启动。
二.超声波接收模块设计
TLC393比较器电路中使用了系统,它不需要像运算放大器电路组成相位补偿和适应高速工作。接收器电路如图3。比较器输出的矩形脉冲,触发单片机的外部就会中断。
软件控制是系统的核心,其采用模块化设计。系统的功能由四部分组成:超声波测距模块、显示模块、语音广播模块和温度检测模块。
A.超声波测距模块
超声波测距模块分为三个子过程:超声脉冲发生器子程序,超声波接收中断服务子程序和距离计算子程序。
脉冲发生器的工作子程序子程序过程如下: 首先在“开始”按钮被按下,当距离计数器开始工作,P2.3端口将推出250us负脉冲,然后促使超声波发射器发射十条25us脉冲,这将使得超声波发射超声波探测器发射250us超声波。超声波接收中断服务子程序可用于处理收到的外部中断的超声波。经过超声波被障碍物反射,然后被超声波接收器接收,那么这些超声波波形将被接收电路变成矩形脉冲状。长方形的脉冲触发单片机的外部中断。在中断服务的过程中,T0数据将被读取,而TH0和TL0将被清除,远程计算子程序将被调用,那么中断将返回。 B.显示模块
LGM121BS1R液晶被应用于显示模块。该系统能显示环境温度和测量距离。 PCtoLCD2002软件提取所需的字符用于字体库建设。经过测量,温度和距离将通过液晶显示出来。
C.语音广播模块
当计算距离时,语音广播模块就会被调用。该系统采用AP8821编程语音芯片,它具有高品质的录音功能。这将有助于在黑暗中进行数据访问。
D.温度测量模块
该系统采用DS18B20作为温度传感器。温度传感器将采集到的温度信息传送到单片机。远程计算子程序将调整超声波的速度使其与温度一致,从而克服了由于温度变化而产生的测量误差,提高测量的精确性。
四.结论
系统硬件电路由单芯片,超声波发射器和接收器模块,液晶补偿电路模块组成。
软件系统功能四部分组成:超声波测距模块,显示模块,语音广播模块和温度检测模块。
超声波测距的原理和单芯片技术测距系统的使用功能具有快速,方便,容易做到实时控制的优点,使系统的测量精度达到实用要求。液晶显示更直观,语音播报功能使得其应用性更强。该系统具有很强的实用价值。
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