具有温度补偿功能的超声波精确测距仪设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

目前电子测距仪器种类繁多，有视距测距仪、激光测距仪、红外测距仪和超声波测距仪。激光测距探测器和视距测距探测器-般价格昂贵，红外线对障碍物的衍射能力很差，本文基于成本和实际使用方便两方面考虑 ，设计 了-款带有温度补偿功能的超声波测距仪 。

1 原理和结构所谓超声波是指频率在 20 kHz以上 的声波 。超声波测距仪就是测量发送和接收超声波的时间差 △，然后利用式(1)计算出待测距离 ，其中 为超声波的传播速度。但是超声波的传播速度往往会随着环境温度的变化而变化 ，这种变化 可 以由式 (2)计算得 到。

当对测距精度要求不高时这种变化可以忽略不计，但是当对测距精度有较高要求时，就必须考虑温度的影响了。因此本文在设计时增加 了温度补偿电路，对测试结果进行精确校准。

L0.5Atv (1) 331.4，/1-T/273 (2)本文基于单片机系统，利用带有发射和接收超声波功能的传感器设计测距仪。所设计的测距仪的主要结构包括超声波传感器、超声波能量转换器、温度补偿电路、显示电路和单片机系统等。图1为测距仪工作原理图。

2 硬件设计图 1 测距仪工作原理图本文设计的测距系统最重要的部分是测温电路和超声波传感器，超声波传感器可以分为超声波发射电路和超声波接收电路。

温度检测电路用 的是 DS18B20芯片 ，其测量范围在 -55℃ -125℃ ，精度为 0.1℃。DS18B20采用 1- Wire总线协议方式，即用-根数据线来实现数据的双向传输，因此电路非常简单，图2为温度测试电路。

本文将控制超声波发送频率的电路分为三类：(1)利用振荡器设计控制发送频率；(2)利用单片机直接发出脉冲控制发送频率；(3)利用-些分立元件组成的电路控制发送频率。第-种方法频率稳定，测量收稿 日期 ：2013-O1作者简介：李桥敏(1962-)，男，高级工程师，从事电子技术的教学工作。

· 36· 仪 表 技 术 2013年第 3期VCC图 2 温度测试 电路精度高。本文为了提高测量精度 ，采用 555振荡芯片，VCC接收器产生40 kHz的方波，作为发射电路的核心，图 3为超声波发射电路。

接收 电 路 采 用 的 是 - 款 红 外 检 波 专 用 芯 片CX20106A，这-芯片经常用在红外邑设备 中，通 常的载波频率为 38 kHz。该 芯片接上 电信号后开始识别 ，当频率在 38～40 kHz时 ，7管脚输 出低电平，用来触发 MCU中断程序 ，否则输 出高电平。图4为超声波接收电路 ，改变 C4可以改变探测器的灵敏度 ，进而改变探测距离。

图 3 超 声波发射 电路器温、显示五个子程序 ，主程序依次调用。测距仪采用监控方式 ，即按下测量按钮时，主程序首先打开相应工作拈 ，测量环境温度 ，完成 了初始化过程后 ，然后发射超声波 ，并开始计时。有-部分超声波没有经过待测点反射 ，直接被接收探头吸收，这样会导致测距仪的测量错误 ，因此采 用延 时办法 克服，延 时时间-般 为 1ms。在此期间关闭中断 ，此时接收探头接收到的超声波-律不予理睬。1 ms之后打开中断，当接收器接收到发射 回来 的超声 波时触发 中断程 序，MCU计时停止，开始结合温度修正后的超声波速率和测量时间计算被测点距离，并显示出最后测量结果。图 5为系统软件流程图。

图4 超 声波接收 电路4 结束语3 软件设计本文设计完成后 ，实验测量结果如表1所示 ，当测本文在设计软件时 ，编写 了发送、接收、延 时、测 (下转第 39页)