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基于超聲波傳感器的無接觸式空氣測距方法

作者: 時(shí)間:2011-08-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:為了克服一些傳統(tǒng)距離測量方式在某些特殊場合無法測量的缺陷,設(shè)計(jì)以P89LPC932為核心,利用實(shí)現(xiàn)了,充分考慮聲速與溫度的密切關(guān)系,進(jìn)行溫度補(bǔ)償,進(jìn)一步獲得測距最遠(yuǎn)700 cm左右,精度最優(yōu)達(dá)到1%。該設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的抗干擾能力,安裝簡單,體積小,功耗低,便于嵌入其他系統(tǒng)的特點(diǎn)。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/194761.htm

  關(guān)鍵詞:P89LPC932;超聲波;測距儀;

  引言

  一些傳統(tǒng)的距離測量方式在某些特殊場合存在不可克服的缺陷。例如,液面測量就是一種距離測量,傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極,通過給電或脈沖來檢測液面,電極長時(shí)間浸泡于水中或其他液體中,極易被腐蝕、電解,失去靈敏性。利用超聲波測量距離可以解決這些問題。

  本文設(shè)計(jì)的超聲波測距儀用三種測距模式選擇跳線J1(短距、中距、可調(diào)距)。其整體方案為當(dāng)按下測量鍵,探頭就發(fā)送超聲波,當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)將產(chǎn)生回波信號;系統(tǒng)將探頭接收到的回波信號放大送入控制器;溫度測量電路測出溫度,通過計(jì)算得到所測距離,顯示在數(shù)碼顯示器上,后4位顯示距離,前2位顯示溫度。

  1 超聲波測距儀基本原理

  

超聲波測距儀基本原理

  利用超聲波測量距離的原理如圖1示所示,簡單描述為:定期發(fā)送的超聲波遭遇到障礙物時(shí)發(fā)生反射,反射波經(jīng)由接收器接收并轉(zhuǎn)化為電信號,這樣只要測出發(fā)送和接收的時(shí)間差△t,然后按照式(1)即可求出距離:

  

  式中:C為超聲波在空氣中的傳播速度,0℃時(shí)C為331 m/s,25℃時(shí)C為347 m/s,其與環(huán)境溫度T(單位:℃)的關(guān)系如式(2):

  

  由此可見,聲速與溫度有密切關(guān)系。在應(yīng)用中,如果溫度變化不大,并且無特殊精度要求,可認(rèn)為聲速是基本不變的,否則,必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償為每次先按照式(2)計(jì)算當(dāng)時(shí)聲速C,然后再按照式(1)計(jì)算距離。

  另外,從圖1還可以看出,由于超聲波利用接收反射波來進(jìn)行距離的計(jì)算,因而不可避免地存在發(fā)射與反射之間的夾角,其大小為2a。當(dāng)a很小時(shí),可直接按式(1)進(jìn)行計(jì)算得到距離;當(dāng)a較大時(shí),則必須進(jìn)行距離修正,修正公式如式(3):

  

  2 系統(tǒng)硬件

  超聲波測距儀主要包括:溫度檢測電路,超聲波發(fā)射及控制電路,超聲波接收及信號處理電路,顯示電路,微處理和其輔助電路以及RS 232通信接口電路,其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

  

超聲波測距儀結(jié)構(gòu)

  2.1 超聲波發(fā)射及控制電路

  

超聲波發(fā)射及控制電路

  超聲波探頭的型號選用CSB40T,利用軟件產(chǎn)生40 kHz的超聲波信號,通過輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器,經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波,如圖3所示。從圖中可看出,40 kHz超聲波信號是利用555時(shí)基電路震蕩產(chǎn)生的。震蕩頻率計(jì)算式如下:

  

  將R10設(shè)計(jì)為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)信號頻率,使之與換能器的40 kHz固有頻率一致。為保證555時(shí)基具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力,宜采用+12 V電源。CNT為超聲波發(fā)射控制信號,由微處理器進(jìn)行控制。

  


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