超聲波測距的原理

??? ?根據(jù)相關的物理學知識，聲音在介質中如空氣和石頭中傳播時，其衰減特性與其頻率相關，頻率越高越不容易衰減，相應地其傳播距離越遠。當聲音的頻率在20KHz以上的范圍時，超出了人耳的聽覺范圍，變成了超聲波，可以傳播較遠的距離而不衰減，且其本身的信號頻率特性不容易受環(huán)境噪音的干擾。我們可以利用超聲波的這一特性進行測距。我們可利用并列安裝的一對超聲波探頭來發(fā)射和接收超聲波。

發(fā)射頭標識為T(Transmit)，接收頭標識為R(Reiceive),它們里面采用諧振頻率為40KHz的壓電晶體來發(fā)射和接收超聲波。當發(fā)射頭外接40KHz的振蕩源，如單片機端口時，它能發(fā)出最大功率的超聲波。接收頭只有在接收到中心頻率為40KHz的超聲波時才能產(chǎn)生諧振，由于壓電效應將物理振蕩轉化為電信號輸出，輸出電壓信號的幅值在uV量級。

在測距時，用這對探頭對準要測距的物體如車輛、墻壁等，由單片機端口輸出40KHz的PWM（脈寬調(diào)制信號）驅動超聲波發(fā)射頭（T頭）發(fā)射出40KHz的一個短促脈沖（0.2—0.5ms）,然后單片機開始計時，直到通過接收頭和接收放大電路檢測到回波信號，然后停止計時，得到超聲波傳播總時間Ts,再乘以當?shù)販囟认侣曀賄s得到超聲波走的總路程，再除以2就得到了超聲波探頭與物體的實際距離。

???? 注意：超聲波脈沖以5-10個頻率周期為宜，太長則測距誤差太大，太短則能量不足導致接收不到。聲音的速度與溫度和當?shù)氐目諝饷芏扔嘘P，最好以實測值為宜，否則可能導致較大的誤差。

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???????????????? T/R40 超聲波探頭（40KHz本征頻率）

超聲波發(fā)射和接收的硬件電路

8.2 超聲測距儀的硬件電路

8.2.1回流信號放大電路

采用電路來實現(xiàn)測距儀功能的主要困難在于，回波小信號的檢測。由于在接收探頭的壓電晶體兩端產(chǎn)生的回波電信號極其微弱，在uV量級，因此要進行高增益的放大，然后才能進行有效的檢測。在這里，我們采用了三個NPN型8050三極管的共射極交流耦合組態(tài)進行三級放大。在兩級的級連處采用了0.1uF的電容進行交流耦合，集電極接至5V電源以提供集電結的反偏電壓，基極接在兩個串聯(lián)50K電阻上，以獲得直流工作點(2.5V)。放大之后的信號由上圖中的SIGNAL端輸出。

單極直流電流增益：正在上傳…重新上傳取消?

單級直流電壓增益：正在上傳…重新上傳取消?

交流電壓增益要低于直流增益，經(jīng)過實測，此電路的三級交流電壓增益在30000左右，可將uV級的電壓信號放大至十至百mV的量級。

8.2.2 信號檢波電路

?? 經(jīng)過回波信號放大電路，已經(jīng)進入了數(shù)字芯片可以檢測的范圍，但此時的信號仍為頻率信號，并不能直接為單片機所識別。因此還需要一個檢波譯碼芯片，能夠識別出40KHz的頻率波并將其轉化為數(shù)字電平信號。

?? LM567為一種典型的音頻信號譯碼芯片，音頻信號由其3腳引入。當此音頻信號的頻率與LM567的設置頻率相同時，則其第8腳的輸出電平由高變低。LM567的設置頻率由5、6腳之間接上的可調(diào)電阻器的阻值進行調(diào)節(jié)。

?? 可變電阻調(diào)節(jié)方法：將一個40KHz的頻率源連接到LM567的3腳，將LM567的OUT端連接至電壓表，然后調(diào)節(jié)5、6腳之間的電位器直到OUT端的電平變低。

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?? 至此，微弱的回波電信號在此已轉化為LM567的OUT端輸出的可被單片機識別的數(shù)字電平信號。

8.3超聲波測距程序設計

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?程序流程?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的超声波测距仪的制作的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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