超聲波測(cè)距儀外文翻譯

1、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）h8/300l超聲波測(cè)距儀（原文出處：第1頁(yè)-第15頁(yè)）介紹該應(yīng)用說(shuō)明介紹了一種使用h8/38024 slp mcu的測(cè)距儀。由單片機(jī)產(chǎn)生40khz方波，通過(guò)超聲波傳感器發(fā)射出去。反射的超聲波被另外一個(gè)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(shuō)明中，h8/38024f微處理器是作為目標(biāo)設(shè)備被使用的。由于簡(jiǎn)單的可移植性，超聲波測(cè)距儀使用的軟件為c語(yǔ)言。超聲波是頻率高于可聽(tīng)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(zhǎng)和超過(guò)了10兆赫茲，高的頻率有短的波長(zhǎng)，這使得超聲波從物體反射回來(lái)更容易。不

2、幸的是，極高的頻率難以產(chǎn)生和測(cè)量。對(duì)超聲波的檢測(cè)與測(cè)量主要是通過(guò)壓電式接收機(jī)進(jìn)行的。超音波普遍應(yīng)用于防盜系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)探測(cè)器和車載測(cè)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(jì)(利用多普勒效應(yīng))，非破壞性試驗(yàn)(檢測(cè)材料缺陷)，焊接等各個(gè)方面。1.2 軟件實(shí)施距離的計(jì)算要測(cè)量超聲波傳感器接收到回波的時(shí)間。理想的被測(cè)對(duì)象應(yīng)該有一個(gè)大的面積而且不吸收超聲波。在這個(gè)應(yīng)用說(shuō)明中使用了38024f的cpu電路板。圖1展示超聲波測(cè)距儀的工作原理，tmofh (腳63 )是用來(lái)傳送0.5ms的40khz的超聲波，irq0 ( pin72 ) 是用來(lái)探測(cè)反射波的。發(fā)送超聲波后，計(jì)時(shí)器c開(kāi)始

3、追蹤timer counter c (tcc)的計(jì)數(shù)數(shù)目，以計(jì)算物體的距離。圖1.測(cè)距儀工作原理1.2.1 發(fā)射超聲波定時(shí)器f是一個(gè)具有內(nèi)置式輸出比較功能16位計(jì)數(shù)器，它還可以用來(lái)作為兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器fh和fl，這里，定時(shí)器f是作為兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器使用。計(jì)時(shí)器的fl被初始化為產(chǎn)生中斷，而fh在比較匹配發(fā)生時(shí)觸發(fā)了tmofh的輸出電平。表1計(jì)時(shí)器f的時(shí)鐘選擇對(duì)于為定時(shí)器的fl，選定內(nèi)部時(shí)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(shí)器每1.67msec產(chǎn)生一個(gè)中斷，計(jì)算如下：，計(jì)時(shí)器fl內(nèi)部時(shí)鐘周期=153.6khz中斷周期=1.67msec每隔65msec開(kāi)始發(fā)射一次

4、超聲波，計(jì)時(shí)器fl須中斷近39次( 65msec / 1.67msec = 39 )，才開(kāi)始傳送。表2功能選擇fh產(chǎn)生40khz的超聲波信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)fh (tcfh)的值達(dá)到輸出比較寄存器fh(ocrfh)的值時(shí)，tmofh被觸發(fā)，輸出比較寄存器fh的值如下計(jì)算。fh內(nèi)部時(shí)鐘選擇為/4。計(jì)時(shí)器fh內(nèi)部時(shí)鐘周期=0.814sec，對(duì)于40khz信號(hào)，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(shí)是用來(lái)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

5、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。1.2.2 定時(shí)器c初始化發(fā)送完超聲波后，定時(shí)器c打開(kāi)，對(duì)超聲波的回波時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。定時(shí)器c被設(shè)置為自動(dòng)重載，隨/64的內(nèi)部時(shí)鐘向上計(jì)時(shí)。表3顯示了定時(shí)器模式寄存器c的設(shè)置。需要設(shè)置如下。表3 定時(shí)器模式寄存器設(shè)置定時(shí)器裝載寄存器（tlc）之后被裝載為h00，從0開(kāi)始計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)器c被中斷使能，中斷使能寄存器中ientc=1。如果計(jì)時(shí)器c（tcc）中的計(jì)數(shù)值達(dá)到hff，下一個(gè)時(shí)鐘輸入將引起溢出，產(chǎn)生中斷。在計(jì)時(shí)器c中斷溢出子程序中，overflow_count會(huì)保持對(duì)溢出數(shù)量的跟蹤而遞增。當(dāng)反射回波被接收到時(shí)，irq0的

6、電壓值降低，產(chǎn)生irq0中斷。通過(guò)對(duì)tmc2 tmc0 設(shè)置“1“，就沒(méi)有外部時(shí)鐘能使計(jì)數(shù)器增加，計(jì)時(shí)器被暫停。之后tcc的值被讀取并用于距離計(jì)算。1.2.3 距離計(jì)算選擇timer as /64,作為內(nèi)部時(shí)鐘，距離如下計(jì)算：對(duì)于計(jì)時(shí)器c，1count=13.02sec聲速=343m/sec=34300cm/sec，因此，傳播1cmde時(shí)間=1sec/34300cm=29.15sec通過(guò)跟蹤計(jì)數(shù)器的值和計(jì)時(shí)器c（tcc）中的溢出次數(shù)，物體的距離可以被計(jì)算。舉例，計(jì)數(shù)為55，有一次溢出中斷，總計(jì)時(shí)器=（1256）+55=311，接收回波的總時(shí)間（單位為sec）=31113=4043，傳感器與物體

7、的距離=69.770cm，除以2是因?yàn)槌暡ǖ姆瓷洌▊鞑ゾ嚯x是物體距離的兩倍）。1.3 硬件實(shí)施超聲波測(cè)距儀的電路在第4章給出。超聲波發(fā)射和接收的詳細(xì)電路在下幾章討論。1.3.1 發(fā)射電路發(fā)射電路由幾個(gè)非門和兩個(gè)晶體管構(gòu)成。第一個(gè)非門輸出超聲波的低電平。三極管是用來(lái)驅(qū)動(dòng)cmos變頻器的。兩個(gè)非門并聯(lián)在一起以增加發(fā)射能力。傳感器正負(fù)電極的信號(hào)的相角反轉(zhuǎn)180。電壓比之使用一個(gè)非門輸入（有正負(fù)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(hào)放大電路和檢測(cè)電路。圖4 信號(hào)放大電路接收到超聲波信號(hào)后，信號(hào)被放大1000倍。第一級(jí)將原始信號(hào)放大100（40db）倍，第二級(jí)的

8、增益為10倍（20db）。圖5信號(hào)檢測(cè)電路經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路后，信號(hào)還要經(jīng)過(guò)一個(gè)整流檢測(cè)電路。該電路由兩個(gè)1cv5二極管組成。整流的信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管。當(dāng)無(wú)信號(hào)時(shí)，輸出是3.3v（高電平）。當(dāng)有信號(hào)時(shí)，輸出降為0v（低電平）。輸出送給h8/38024的irq0管腳以便在單片機(jī)檢測(cè)到下降沿時(shí)產(chǎn)生中斷。1.3.3 電源需要三種電源測(cè)距儀電路板 9v輸入電壓對(duì)于lm833 3.3v對(duì)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(jī)用戶必須提供給測(cè)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nip

9、pon ceramic公司的超聲波發(fā)射器（t40-16）和接收器（r40-16）。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(cè)距電路上。圖6單片機(jī)設(shè)置與超聲波測(cè)距儀tmofh輸出超聲波產(chǎn)生信號(hào)，必須連接到測(cè)距儀的tx管腳。檢測(cè)信號(hào)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(cè)距儀的tx和rx管腳。2.1 高級(jí)終端設(shè)置完成硬件設(shè)置后，用戶還要配置高級(jí)終端窗口以顯示mcu的探測(cè)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(kāi)

10、始菜單按鈕，到programs（程序） accessories（附件） communications（通信） hyperterminal（高級(jí)終端），在高級(jí)終端窗口中的文件中選擇屬性，并且點(diǎn)擊configure（配置），更改端口設(shè)置。圖7 pc高級(jí)終端設(shè)計(jì)2.2 結(jié)果首先，用fd把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。然后在用戶模式中按復(fù)位鍵運(yùn)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(guò)在傳感器前放置一個(gè)不吸收超聲波的較大物體，用戶能夠在超級(jí)終端窗口看到探測(cè)距離，如圖9所示。每次探測(cè)（irq0產(chǎn)生中斷時(shí)），在超級(jí)中斷窗口顯示一個(gè)小圓點(diǎn)。在檢測(cè)到5次相似的讀數(shù)后，讀數(shù)被取平均值，距離

11、被計(jì)算出來(lái)并顯示。本超聲波測(cè)距儀只能檢測(cè)6cm到200cm的距離。圖8 在pc hyperterminal中的結(jié)果顯示2.3 局限2.3.1 傳感器間的距離設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)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(yuǎn)離發(fā)射超聲波傳感器的地方，它將無(wú)法偵測(cè)到十分接近的物體。下面有說(shuō)明。圖9 對(duì)傳感器不同距離的說(shuō)明對(duì)于物體1，在較遠(yuǎn)的情況下，放置接收超聲波傳感器無(wú)論在位置a還是b ,都不會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題,因?yàn)榉瓷涑暡▽⒛苓_(dá)到兩傳感器.但是對(duì)于物體2，如果超聲波傳感器是放置位b, 傳感器不會(huì)檢測(cè)超聲反映，因?yàn)樗h(yuǎn)。在短距離應(yīng)用中（如微型鼠標(biāo)），傳感器將要放置彼此接近或應(yīng)稍面對(duì)

12、對(duì)方.。本應(yīng)用說(shuō)明中,兩傳感器被放置在距離為3.5cm左右的位置。2.3.2 實(shí)際距離測(cè)量超聲波測(cè)距儀通過(guò)把接收到回波的時(shí)間取半計(jì)算距離，然而,實(shí)際距離是垂直于超聲波傳感器的距離。對(duì)近物體，這個(gè)誤差會(huì)較明顯，但對(duì)遠(yuǎn)物體，這個(gè)誤差就微不足道了，如圖10 。圖10 實(shí)際距離說(shuō)明用戶可使用下列公式計(jì)算出距離來(lái)糾正這一錯(cuò)誤: 2.3.3 死區(qū)超聲波傳感器有盲區(qū),使他們無(wú)法偵測(cè)到目標(biāo)。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(shí)驗(yàn)確定為約1厘米。2.3.4 可測(cè)范圍最小檢測(cè)范圍取決于死區(qū)、單片機(jī)響應(yīng)的局限性，還有電路的布線。由于距離是通過(guò)計(jì)時(shí)器c的計(jì)數(shù)計(jì)算出的，準(zhǔn)確的取決于計(jì)時(shí)器c的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間。另一個(gè)限制存在于單片機(jī)對(duì)中斷處理的延時(shí)上。最小與最大探測(cè)距離實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)決定他