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嵌入式超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)方案

作者: 時(shí)間:2011-07-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/150444.htm

  隨著電子技術(shù)的發(fā)展,技術(shù)越來越先進(jìn),從采用卷尺人工進(jìn)行丈量,到用水準(zhǔn)儀和三角理論進(jìn)行測(cè)量計(jì)算,甚至采用激光等,這些測(cè)量手段因精度低、操作繁瑣或成本高而不盡人意。隨著的應(yīng)用日益廣泛,超聲在測(cè)試領(lǐng)域中得到應(yīng)用,該類產(chǎn)品如進(jìn)口的液位計(jì)、測(cè)位儀等性能雖好,但價(jià)格昂貴。目前,超聲波傳感器技術(shù)已廣泛用于工業(yè)、國防、交通、生物醫(yī)療和家庭領(lǐng)域。超聲波傳感器技術(shù)與信息技術(shù)、集成工藝相結(jié)合,為開發(fā)智能化、高靈敏度的超聲波儀器設(shè)備創(chuàng)造了有利條件。鑒于此,運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、結(jié)合CAN總線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、一種超聲波測(cè)距儀具有很大的發(fā)展前景。它可以做到成本低、外圍電路簡(jiǎn)單、功能齊全、能夠滿足一定的測(cè)量要求。

  1 超聲波傳感器

  1.1 典型結(jié)構(gòu)

  超聲波傳感器是利用超聲波的特性而研制的傳感器,超聲波傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是把成正方形的兩個(gè)壓電晶片(亦稱雙晶振子)按照相反的極性粘貼在一起,再引出兩個(gè)電極。壓電晶片上面有金屬震動(dòng)板和圓錐形振子。圓錐形振子具有很強(qiáng)的方向性,便于發(fā)送和接收超聲波。超聲波傳感器采用金屬或塑料外殼,其頂部有屏蔽柵。

  1.2 測(cè)距原理

  超聲波具有頻率較高,沿直線傳播、方向性好、繞射小、穿透力強(qiáng)、傳播速度慢(約340m/s,與聲速相同)等特點(diǎn)。

  超聲波對(duì)固體和液體的穿透能力強(qiáng),尤其對(duì)于在陽光下不透明的固體,可以穿透幾十m的深度。超聲波遇到雜質(zhì)或分界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射波,利用這一特性可構(gòu)成超聲波探傷儀或測(cè)距儀。超聲波遇到移動(dòng)物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)(DopplerEffect),使接收到的頻率發(fā)生變化,由此可制成多普勒測(cè)距系統(tǒng)。

  超聲波測(cè)距原理是超聲波發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波脈沖,經(jīng)媒質(zhì)(空氣)傳到物體表面,反射后通過媒質(zhì)(空氣)傳到接收探頭,測(cè)出超聲脈沖從發(fā)射到接收所需的時(shí)間,根據(jù)媒質(zhì)中的聲速,求得從探頭到物體表面之間的距離。設(shè)探頭到物體表面的距離為L(zhǎng),超聲在空氣中的傳播速為v,從發(fā)射到接收所需的傳播時(shí)間為t,則有:L=vt/2。由此可見,被測(cè)距離L與傳播時(shí)間之間具有確定的函數(shù)關(guān)系,只要能測(cè)出時(shí)間t,即可求出距離L,通過軟件實(shí)現(xiàn)直接在顯示器上顯示L的值。

  2 硬件電路

  2.1 整體

  根據(jù)所給的設(shè)計(jì)要求,即具有數(shù)字顯示、鍵盤輸入、超聲波發(fā)射與接收、能通過CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行通信、異常情況自動(dòng)報(bào)警等功能??梢詷?gòu)架出此超聲波測(cè)距儀的整體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。從圖2中可以看出整體硬件電路設(shè)計(jì)主要包括:微處理器AT89C51部分、電源電路部分、超聲波發(fā)射與接收電路部分、鍵盤輸入部分、CAN總線通信部分、LED顯示部分?,F(xiàn)將重點(diǎn)介紹超聲波發(fā)射、接收電路和CAN總線通信電路的具體設(shè)計(jì)。

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