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超聲波測距報警系統的設計

作者: 時間:2012-08-31 來源:網絡 收藏

引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/160005.htm

科學家們將每秒鐘振動的次數稱為聲音的頻率,它的單位是赫茲。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為20~20000Hz。當聲波的振動頻率大于20KHz或小于20Hz時,我們便聽不見了。因此,我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“”。

1.原理

是指頻率高于20KHz 的機械波。為了以超聲波作為檢測手段,必須產生超聲波和接收超聲波,完成這種功能的裝置稱為超聲波傳感器。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器,有的也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。根據超聲波的產生方式,超聲波傳感器可分為兩大類:一類是電氣式,如壓電式、磁致伸縮式和電動式等;一類是機械式,如加爾統笛、液哨等。目前常用的是壓電式超聲波傳感器。它利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化,即發(fā)射超聲波時,將電能轉換為超聲波發(fā)射出去;在收到回波時,將超聲振動轉換成電信號。

超聲波的原理一般采用時間差法,即測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經歷的時間,再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離,即:

式中,D—傳感器與障礙物之間的距離;c—聲波在介質中的傳輸速度。

由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強度易控制、與被測物體不需直接接觸,故超聲波傳感器廣泛地應用于液體高度測量、汽車倒車等方面。為了提高測量精度,減小誤差,根據公式(1)可知,誤差由傳播速度誤差和傳播時間誤差引起。

當傳播速度準確時,傳播時間差值精度只要達到微秒級,就可保證測距誤差小于1mm。中,可采用12MHz 晶體作時鐘的基準,單片機定時器的計數精度可達1us,從而保證測量精度。

傳播速度受空氣密度的影響,空氣密度越高,傳播速度越快,而空氣密度與溫度有密切關系。在理想氣體中聲波的傳播速度c 為:

式中,γ—氣體定壓比熱容與定容比熱容之比;R—氣體常數;M—氣體分子量;T—絕對溫度。

若溫度變化不大,則可認為聲速基本不變,其值為340m/s。若測距精度要求較高,為減小溫度變化對聲速產生的影響,在中,應增加溫度傳感器來監(jiān)測環(huán)境溫度,進行實時溫度補償,近似公式為:

式中,c0—零度時的聲波速度332m/s; T—實際溫度(℃)。

2.測距

2.1 硬件設計

電路原理圖如圖1 所示。采用PIC16F73 單片機作為主控制器,實現對CX20106 紅外接收芯片(紅外常用的載波頻率38KHz 與測距超聲波頻率40KHz 較為接近) 和TCT40 系列超聲波轉換模塊的控制。單片機通過端口RB1 控制超聲波的發(fā)送,然后單片機不停地檢測中斷端口RB0/INT,當端口RB0/INT 的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r,系統認為超聲波已返回。計數器所計數據即為超聲波所經歷的時間,通過換算可得到傳感器與障礙物之間的距離。超聲信號的驅動由單片機定時器完成,LED 數字顯示采用動靜態(tài)驅動相結合的方法實現,報警模塊采用簡單的聲光報警電路。


圖1 測距電路原理圖


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