超声波测距系统的设计

2012-07-09 18:49:14来源: 21ic

  0 引言

  超声波是一种频率在20KHz以上的机械波,在空气中的传播速度约为340 m/s(20°C时)。超声波可由超声波传感器产生,常用的超声波传感器两大类:一类是采用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波,目前较为常用的是压电式超声波传感器。由于超声波具有易于定向发射,方向性好,强度好控制,对色彩、光照度不敏感,反射率高等特点,因此被广泛应用于无损探伤,距离测量、距离开关、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。

  1 系统原理框图

  本设计的整体框图如图1所示,主要由超声波发射,超声波接收与信号转换,按键显示电路与温度传感器电路组成。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差T,然后求出距离S=CT/2,式中的C为超声波波速。在常温下,空气中的声速约为340m/s。由于超声波也是一种声波,其传播速度C与温度有关,在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。因本系统测距精度要求很高,所以通过对温度的检测对超声波的传播速度加以校正。超声波传播速度确定后,只要测得超声波往返的时间,如图2所示,即可求得距离。这就是超声波测距系统的基本原理。

系统原理框图

超声波测距系统的基本原理

  2 超声波信号的发射与接收电路

  发射部分电路如图3所示,主要由脉冲调制信号产生电路,隔离电路以及驱动电路组成,用来为超声波传感器提供发送信号。脉冲调制信号产生电路中通过单片机对 555定的复位(RESET)端的控制,使555定时器分时工作从而生产生脉冲频率为40KHz,周期为30ms的脉冲调制信号,信号波形如图2所示,本设计中一个周期内发送10个脉冲信号。隔离电路主要是由两个与非门组成,对输出级与脉冲产生电路之间进行隔离。输出级由两个通用型集成运放TL084CN 组成,由于超声波传感器的发射距离与其两端所加的电压成正比,因此要求电路要产生足够大的驱动电压,其基本原理就是一个比较电路,当输入信号 Vi>2.5V时,运放A的输出电压VA=+12V,运放B的输出电压VB=-12V,当输入信号Vi<2.5V时,运放A的输出电压 VA="-12V",运放B的输出电压VB=+12V,所以在超声传感器两端得到两个极性完全相反的对称波形,即VB=-VA,所以加在超声波传感器两端的电压V=VA-VB=2VA,其两端的电压可达到24V,从而保证超声波能够发送较远的距离,提高了测量量程。

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关键字:超声波  测距  脉冲调制

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0709/article_5395.html
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