超聲波測距儀外文翻譯

1、h8/300l超聲波測距儀介紹該應(yīng)用說明介紹了一種使用h8/38024 slp mcu的測距儀。由單片機產(chǎn)生40khz方波，通過超聲波傳感器發(fā)射出去。反射的超聲波被另外一個傳感器接收。有效距離為6cm到200cm。1. 理論1.1 概況在這篇應(yīng)用說明中，h8/38024f微處理器是作為目標設(shè)備被使用的。由于簡單的可移植性，超聲波測距儀使用的軟件為c語言。超聲波是頻率高于可聽音的一切高于20khz的聲波。用于醫(yī)療診斷和影像的超聲波，頻率延長和超過了10兆赫茲，高的頻率有短的波長，這使得超聲波從物體反射回來更容易。不幸的是，極高的頻率難以產(chǎn)生和測量。對超聲波的檢測與測量主要是通過壓電式接收機進行的

2、。超音波普遍應(yīng)用于防盜系統(tǒng)、運動探測器和車載測距儀。其他應(yīng)用包括醫(yī)療診斷(人體成像)，清潔(去除油脂和污垢)，流量計(利用多普勒效應(yīng))，非破壞性試驗(檢測材料缺陷)，焊接等各個方面。1.2 軟件實施距離的計算要測量超聲波傳感器接收到回波的時間。理想的被測對象應(yīng)該有一個大的面積而且不吸收超聲波。在這個應(yīng)用說明中使用了38024f的cpu電路板。圖1展示超聲波測距儀的工作原理，tmofh (腳63 )是用來傳送0.5ms的40khz的超聲波，irq0 ( pin72 ) 是用來探測反射波的。發(fā)送超聲波后，計時器c開始追蹤timer counter c (tcc)的計數(shù)數(shù)目，以計算物體的距離。圖1.

3、測距儀工作原理1.2.1 發(fā)射超聲波定時器f是一個具有內(nèi)置式輸出比較功能16位計數(shù)器，它還可以用來作為兩個獨立的8位定時器fh和fl，這里，定時器f是作為兩個獨立的8位定時器使用。計時器的fl被初始化為產(chǎn)生中斷，而fh在比較匹配發(fā)生時觸發(fā)了tmofh的輸出電平。表1計時器f的時鐘選擇對于為定時器的fl，選定內(nèi)部時鐘/32。輸出比較寄存器fl裝載數(shù)據(jù)初值為hff。因此,外部定時器每1.67msec產(chǎn)生一個中斷，計算如下：，計時器fl內(nèi)部時鐘周期=153.6khz中斷周期=1.67msec每隔65msec開始發(fā)射一次超聲波，計時器fl須中斷近39次( 65msec / 1.67msec = 39

4、)，才開始傳送。表2功能選擇fh產(chǎn)生40khz的超聲波信號，當計數(shù)fh (tcfh)的值達到輸出比較寄存器fh(ocrfh)的值時，tmofh被觸發(fā)，輸出比較寄存器fh的值如下計算。fh內(nèi)部時鐘選擇為/4。計時器fh內(nèi)部時鐘周期=0.814sec，對于40khz信號，tmofh需要每12.5s觸發(fā)一次：(1/40khz)/2輸出比較寄存器fh(ocrfh)：ocrfh=15.3615 因此, 0crfh裝載h0f。. 軟件的延時是用來在把63管腳轉(zhuǎn)換成i/o口p32以停止發(fā)送之前，發(fā)送0.5ms的超聲波的。表2 顯示了模式寄存器3的端口設(shè)置，選擇管腳的功能為i/o口或者tmofh輸出口。1.2

5、.2 定時器c初始化發(fā)送完超聲波后，定時器c打開，對超聲波的回波時間進行計時。定時器c被設(shè)置為自動重載，隨/64的內(nèi)部時鐘向上計時。表3顯示了定時器模式寄存器c的設(shè)置。需要設(shè)置如下。表3 定時器模式寄存器設(shè)置定時器裝載寄存器（tlc）之后被裝載為h00，從0開始計時。計時器c被中斷使能，中斷使能寄存器中ientc=1。如果計時器c（tcc）中的計數(shù)值達到hff，下一個時鐘輸入將引起溢出，產(chǎn)生中斷。在計時器c中斷溢出子程序中，overflow_count會保持對溢出數(shù)量的跟蹤而遞增。當反射回波被接收到時，irq0的電壓值降低，產(chǎn)生irq0中斷。通過對tmc2 tmc0 設(shè)置“1“，就沒有外部時鐘

6、能使計數(shù)器增加，計時器被暫停。之后tcc的值被讀取并用于距離計算。1.2.3 距離計算選擇timer as /64,作為內(nèi)部時鐘，距離如下計算：對于計時器c，1count=13.02sec聲速=343m/sec=34300cm/sec，因此，傳播1cmde時間=1sec/34300cm=29.15sec通過跟蹤計數(shù)器的值和計時器c（tcc）中的溢出次數(shù)，物體的距離可以被計算。舉例，計數(shù)為55，有一次溢出中斷，總計時器=（1256）+55=311，接收回波的總時間（單位為sec）=31113=4043，傳感器與物體的距離=69.770cm，除以2是因為超聲波的反射（傳播距離是物體距離的兩倍）。1

7、.3 硬件實施超聲波測距儀的電路在第4章給出。超聲波發(fā)射和接收的詳細電路在下幾章討論。1.3.1 發(fā)射電路發(fā)射電路由幾個非門和兩個晶體管構(gòu)成。第一個非門輸出超聲波的低電平。三極管是用來驅(qū)動cmos變頻器的。兩個非門并聯(lián)在一起以增加發(fā)射能力。傳感器正負電極的信號的相角反轉(zhuǎn)180。電壓比之使用一個非門輸入（有正負峰-峰值）高兩倍。圖3 發(fā)射電路1.3.2 接收電路接收電路包括兩部分，即信號放大電路和檢測電路。圖4 信號放大電路接收到超聲波信號后，信號被放大1000倍。第一級將原始信號放大100（40db）倍，第二級的增益為10倍（20db）。圖5信號檢測電路經(jīng)過信號放大電路后，信號還要經(jīng)過一個整流

8、檢測電路。該電路由兩個1cv5二極管組成。整流的信號經(jīng)過三極管。當無信號時，輸出是3.3v（高電平）。當有信號時，輸出降為0v（低電平）。輸出送給h8/38024的irq0管腳以便在單片機檢測到下降沿時產(chǎn)生中斷。1.3.3 電源需要三種電源測距儀電路板 9v輸入電壓對于lm833 3.3v對于非門74ls04和三極管bc54738024 cpu電路板 5v輸入電壓提供給cpu電路板3.3v提供給單片機用戶必須提供給測距儀電路板9v輸入電壓，給cpu電路板提供5v輸入電壓。1.3.4 超聲波傳感器在本文中選用nippon ceramic公司的超聲波發(fā)射器（t40-16）和接收器（r40-16）。

9、t表示發(fā)射，r表示接收，40表示傳感器的諧振頻率40khz。超聲波傳感器的主要特性如下：2. 操作38024f cpu電路板按如下的電路連接到超聲波測距電路上。圖6單片機設(shè)置與超聲波測距儀tmofh輸出超聲波產(chǎn)生信號，必須連接到測距儀的tx管腳。檢測信號連接到irq0。因此，分別把38024f cpu電路板上的3腳和12腳連接到超聲波測距儀的tx和rx管腳。2.1 高級終端設(shè)置完成硬件設(shè)置后，用戶還要配置高級終端窗口以顯示mcu的探測距離。com端口設(shè)置必須根據(jù)uart協(xié)議和程序中使用的的波特率設(shè)定，如圖7。從開始菜單按鈕，到programs（程序） accessories（附件） commu

10、nications（通信） hyperterminal（高級終端），在高級終端窗口中的文件中選擇屬性，并且點擊configure（配置），更改端口設(shè)置。圖7 pc高級終端設(shè)計2.2 結(jié)果首先，用fd把程序?qū)懭雴纹瑱C。然后在用戶模式中按復(fù)位鍵運行程序。觀察cpu電路板上的led d1 連續(xù)閃爍，指示超聲波正在被發(fā)射。通過在傳感器前放置一個不吸收超聲波的較大物體，用戶能夠在超級終端窗口看到探測距離，如圖9所示。每次探測（irq0產(chǎn)生中斷時），在超級中斷窗口顯示一個小圓點。在檢測到5次相似的讀數(shù)后，讀數(shù)被取平均值，距離被計算出來并顯示。本超聲波測距儀只能檢測6cm到200cm的距離。圖8 在pc h

11、yperterminal中的結(jié)果顯示2.3 局限2.3.1 傳感器間的距離設(shè)計一個超聲波測距儀主要考慮超聲波傳感器之間的位置。如果接收超聲波傳感器是放置在遠離發(fā)射超聲波傳感器的地方，它將無法偵測到十分接近的物體。下面有說明。圖9 對傳感器不同距離的說明對于物體1，在較遠的情況下，放置接收超聲波傳感器無論在位置a還是b ,都不會成為一個問題,因為反射超聲波將能達到兩傳感器.但是對于物體2，如果超聲波傳感器是放置位b, 傳感器不會檢測超聲反映，因為它太遠。在短距離應(yīng)用中（如微型鼠標），傳感器將要放置彼此接近或應(yīng)稍面對對方.。本應(yīng)用說明中,兩傳感器被放置在距離為3.5cm左右的位置。2.3.2 實際

12、距離測量超聲波測距儀通過把接收到回波的時間取半計算距離，然而,實際距離是垂直于超聲波傳感器的距離。對近物體，這個誤差會較明顯，但對遠物體，這個誤差就微不足道了，如圖10 。圖10 實際距離說明用戶可使用下列公式計算出距離來糾正這一錯誤: 2.3.3 死區(qū)超聲波傳感器有盲區(qū),使他們無法偵測到目標。這是傳感面與傳感最低射程之間的距離。日本陶瓷公司超聲波傳感器的死區(qū)實驗確定為約1厘米。2.3.4 可測范圍最小檢測范圍取決于死區(qū)、單片機響應(yīng)的局限性，還有電路的布線。由于距離是通過計時器c的計數(shù)計算出的，準確的取決于計時器c的開始與結(jié)束時間。另一個限制存在于單片機對中斷處理的延時上。最小與最大探測距離實驗定為6cm和200cm。因此程序中需要偏置數(shù)據(jù)(距離+ 5 )。用戶應(yīng)該實驗決定他們電