單片機超聲波測距系統(tǒng)的英文翻譯

1、Applied Mechanics and Materials Vols. 333-335 (2013 pp 296-299Online available since 2013/Jul/15 at (2013 Trans Tech Publications, Switzerlanddoi:10.4028/基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計Zhihong xiao，Siyu Wu and Qiyuan An西安石油大學(xué)，西安，中國儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，合肥工業(yè)大學(xué)，合肥，中國軟件與微電子學(xué)院，西北理工大學(xué)，西安，中國Xiaozhihong1969，450891626，anqiyuan關(guān)鍵詞：超

2、聲波傳感器，單片機，距離測量，精度高摘要本文介紹了超聲波測距系統(tǒng)的原理。系統(tǒng)采用非接觸式的測量方法，它由信號發(fā)生器、回波接收電路、時序邏輯控制電路，目標(biāo)距離檢測電路，溫度測量電路，RS-485串行接口電路、超聲波傳感器及其驅(qū)動電路等組成。結(jié)果表明，系統(tǒng)在測量20厘米至15米的范圍內(nèi)具有較高的精度。引言超聲波具有頻率高、波長短、方向性好、不衍射和更好的滲透的特點。它可以在較低的傳播速度下沿直線傳播。當(dāng)遇到雜質(zhì)或接口時，它可以產(chǎn)生反射波。由于所有這些特征，超聲波在測量方面的運用越來越廣泛。1,2超聲波測距原理超聲波測距的方法作為一種非接觸測量方式，不受燈光、物體的顏色等因素的影響，具有適應(yīng)苛刻環(huán)境

3、的能力，如黑暗、煙霧、蒸汽的干擾和電磁干擾。因此可用于料位測量、車輛自動導(dǎo)航、識別和定位對象車輛輔助安全駕駛系統(tǒng)和地形檢測等其他許多領(lǐng)域。3,4。 這種方法是超聲波發(fā)射器發(fā)射的超聲波在一定的方向，當(dāng)聲波遇到物體，反射波傳送到超聲波接收器。在這此刻，距離發(fā)射器和對象可以如下表示（1）。 （1）其中C是超聲波在介質(zhì)中的波的傳播速度（米/秒），Rt是超聲波發(fā)射和接收的時間差（秒），L是測量距離（米）。該系統(tǒng)的設(shè)計該系統(tǒng)由信號發(fā)生器、回波接收電路、單片機、時序邏輯目標(biāo)距離控制電路、檢測電路、溫度檢測電路、RS-485串行超聲波傳感器及其接口電路、驅(qū)動電路組成，ATMEL公司的AT89C51單片機應(yīng)用等

4、作為微處理器。該系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。圖1 硬件系統(tǒng)框圖超聲傳感器：被稱為超聲探頭或超聲換能器的超聲波傳感器現(xiàn)在有許多種，使用最多的是壓電式超聲換能器。這是主要由可發(fā)射和接收超聲波的壓電晶片構(gòu)成。壓電效應(yīng)是可逆的。壓電水晶板發(fā)生變形和振動產(chǎn)生的超聲波在板上施加的電壓周期性地改變。相反，該壓電芯片可以接收超聲波，因為壓后，可以積累電荷產(chǎn)生的電壓 5 。組合超聲換能器能夠發(fā)射和接收超聲波。換能器發(fā)射一個短的振動信號后，切換到接收模式。該系統(tǒng)的模型審查是cuss200，與諧振中心頻率在75千赫。傳輸電路：超聲波的發(fā)射由傳感器及其驅(qū)動電路兩者完成。高壓電脈沖激勵下，換能器可以產(chǎn)生相應(yīng)的聲脈沖。發(fā)射

5、功率和剩下距離之間的之間關(guān)系可以被測量出來。驅(qū)動電路圖如圖2所示。圖2 驅(qū)動電路 圖3 換能器的等效電路在圖2中，場效應(yīng)管作為開關(guān)IFR830。IFR830在斷開模式時，150V電壓將給電容、R2、R4和LE充電。恒定的充電時間應(yīng)小于發(fā)射信號的脈沖重復(fù)周期的最小時間，否則儲能電容得不到足夠的能量且發(fā)射聲脈沖的能量將下降。當(dāng)觸發(fā)脈沖使開關(guān)IFR830閉合，儲能電容會通過R4，LE和換能器放電。換能器的等效電路圖如圖3所示。LE和傳感器上的靜態(tài)電容C0作為一個并聯(lián)諧振電路。它的諧振頻率為75千赫，這是換能器的諧振頻率。由于每個傳感器的諧振頻率是不同的，LE應(yīng)該是一個靜態(tài)的、可調(diào)電感的串聯(lián)連接。R4

6、為一個濕電阻，主要是用來降低發(fā)射聲脈沖寬度和提高分辨率。然而，發(fā)射聲功率將全部降低并且發(fā)射聲脈沖的寬度減少。因此我們需要綜合考慮來選擇阻尼電阻。高壓二極管2ck27d的功能是保持換能器發(fā)射聲波時導(dǎo)電；換能器接收回波時關(guān)閉；單獨的傳感器，以防止噪聲信號發(fā)生器發(fā)射電路進入接收機電路?；夭ń邮针娐罚航邮諜C電路由超低噪聲前置放大器濾波器、帶通濾波器、自動增益控制。和延遲積分器組成。前置濾波器，作為整個信號接收電路的前沿，需要一個高的S / N比和寬動態(tài)范圍（大于100dB）。運算放大器OP37的模型，具有低噪聲、高輸入阻抗的特點。為了減少電磁干擾，其前置放大器應(yīng)放在屏蔽盒且接近傳感器的位置。隔離電阻和

7、對反向二極管設(shè)置在前置放大器之前是用來防止高頻強脈沖進入放大器。在接收回波的過程中，反射的超聲波波到達物體表面，部份的波被吸收或散射，回波信號極其微弱，夾持效應(yīng)變得無效，信號可以直接進入前置放大器。通過前置放大器后，信號進入帶通濾波器，它是一種高質(zhì)量因子放大器，其作用是放大信號以及噪聲的有效篩選。物體的品種，距離或角度對象和傳感器之間的變化對回波信號的衰減變化較大；更別說各種背景噪聲的存在。因此，有效信號的描述在整個動態(tài)范圍的一小部分。因此，我們需要修改相應(yīng)的增益的AGC放大器的設(shè)計，采用對數(shù)放大器，動態(tài)范圍壓縮，從而消除噪聲信號而不影響有效信號。時序邏輯控制電路和目標(biāo)距離測量電路主要由整形電

8、路、檢測器、比較器等組成，排除偶然誤差，8個有序的回波信號可以被認(rèn)為是有效的。溫度測量電路：超聲波的速度可以如下表述（2）。 （2）那里的空氣比熱，是氣體常數(shù)；是氣體的摩爾質(zhì)量，T是熱力溫度。在空氣中超聲波的速度是不恒定的。如果溫度增加1C，超聲波速度將增加0.6m/s 6,7。速度可以如下描述（3）。 （3）溫度測量電路采用AD590作為檢查和電流輸出型裝置，這享有很高的線性度和精度不會改變線的長度。距離測量的修正公式由于大量的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)的系統(tǒng)計算，本工程采用下位機由上位機控制方法。大量的計算通過個人電腦完成。上位機系統(tǒng)軟件的主要功能包括生產(chǎn)各種控制信號、數(shù)據(jù)存儲、處理信號和上位機之間與

9、低位計算機的通信等。上位機發(fā)送的單片機實時數(shù)據(jù)后，目標(biāo)距離可經(jīng)過一系列的處理計算（考慮溫度）的過濾，取平均等。然而，由計算的公式（1）得出的偏差很大時。可使用一個通過大量實驗驗證的修正公式。修正后的公式可以描述如下（4）。 （4）總的延遲時間t的是用電壓/聲波和聲波/電通過換能器轉(zhuǎn)換執(zhí)行的延遲系數(shù)引起的；N是電路的延遲系數(shù)；t1是該傳感器的振蕩周期；該電路的延遲系數(shù)是校正因子是通過比較和擬合大量測量數(shù)據(jù)與實際距離得到的。在該方法中，n等于0.8。結(jié)論我們在不同的情況下進行了大量的實驗。結(jié)果表明：距離在0.2米到15米之間的偏差小于2%，這意味著精度非常好。重復(fù)測量各點多次，我們可以看到，重復(fù)性

10、誤差小于1%的。結(jié)果還表明，回波的波形不發(fā)生變化時，目標(biāo)對象的類型不同的。如果目標(biāo)距離測量電路比較器的閾值是合適的，變化所測得的目標(biāo)不會對結(jié)果產(chǎn)生很大影響。試驗結(jié)果如表1所示。表1 測試結(jié)果致謝作者想表達自己的感謝張教授和吳佳田曉風(fēng)他們有價值的討論和建議。也感謝所有那些以前提供技術(shù)支持的同事。參考1licznerski,Tomasz J，jaronski，Jarosaw，kosz，：超聲波。51期（2011.12），p.960-965。2Yang Yu，Jia Shi，Liang Chen，Yanju Liu ：傳感技術(shù)學(xué)報，第25卷（2012.11），p.1623-1625。（中文）3 manjula，K.，vijayarekha，K.，Venkatraman，B.，Karthik，Durga：應(yīng)用研究雜志科學(xué)，工程和技術(shù)，V 4，N 24，P 5525-5533，2012.4Yongwon Jang，Seungchul，Shin；Jeong，Won Lee，seunghwan，Kim：初步研究便攜式步行距離測量系統(tǒng)使用超聲波傳感器，第二十九次醫(yī)學(xué)和生物工程學(xué)報IEEE國際會