一種高精度的超聲波智能測距系統的設計方案

1.引言

1.1 國內外發(fā)展的概況

智能測距系統目前在國內有一定的研究水平，多用于汽車(chē)工業(yè)以及智能機器人的導航系統和相關(guān)領(lǐng)域。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。

超聲波由于指向性強、能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而經(jīng)常用于距離的測量。它主要應用于倒車(chē)雷達、測距儀、物位測量?jì)x、移動(dòng)機器人的研制、建筑施工工地以及一些工業(yè)現場(chǎng)等，例如：距離、液位、井深、管道長(cháng)度、流速等場(chǎng)合。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便，且計算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，在測量精度方面也能達到工業(yè)實(shí)用的要求，因此得到了廣泛的應用國內這一類(lèi)的測距技術(shù)較為完善，但是這類(lèi)系統外圍電路相對復雜，顯示部分不夠形象，而且精度不高，大部分停留在厘米級別。

1.2 系統的功能、性能要求

本設計“高精度超聲波智能測距系統”能夠實(shí)現2cm-4m范圍內的精確測量功能，精度可達0.1mm,LCD液晶屏漢字顯示功能，以及距離分段報警功能。實(shí)物體積小、功耗低、便于嵌入到其他系統，具有一定的使用價(jià)值。

2.系統結構

2.1 系統結構框圖

2.2 基本工作原理

通過(guò)單片機驅動(dòng)程序在P1.2口產(chǎn)生40KHZ的方波經(jīng)調解電路驅動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)生，遇到障礙物經(jīng)反射由P1.1口超聲波接收探頭接收;經(jīng)單片機內部定時(shí)電路計算時(shí)間，從而導出障礙物距離探頭的距離由接在P0端口的LCD12864顯示;距離閾值分為0-1m;1m-1.5m;1.5m以上三段不同頻率報警。

3.硬件設計

超聲波傳感電路：

(1)采用IO觸發(fā)測距，提供至少10us的高電平信號;

(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測是否有信號返回;

(3)有信號返回，通過(guò)IO輸出一高電平，高電平持續的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測試距離=(高電平時(shí)間(340m/S))/2;如圖2所示。