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单片机的超声波测距仪
发布时间:2009/6/29  阅读次数:3183  字体大小: 【】 【】【

有关计算如下:
         测量距离为1m的物体时,声波的往返时间为:2m/343.5(m/s)=5.82ms。这时计数器显示应为100,即1m,此时计数电路脉冲发生器的频率f=100/(5.82×10-3)=17.18(kHz)。如电容C(即C14)为2200pF,此时电阻
R = 1/(2.2 x C x f)
  = 1/(2.2 x 2200 x 10-12 x 17.18 x 103)   = 12KΩ
由于在不同的环境温度下,声波的传播速度会不同,为适应不同环境温度下测量的需要,我们要求电阻R具有一定的调节范围,这里用VR2,VR3进行调节,其中VR2为粗调电阻,VR3为精调电阻。同样我们可以算出在不同温度下的计数脉冲频率值,如:温度为46.5℃ 时,
f = 1/(2.2 x C x R)
  = 1/(2.2 x 2200 x 10-12 x 11.5 x 103) =17.97KHz
环境温度为1.5 ℃时f = 1/(2.2 x C x R) )
= 1/(2.2 x 2200 x 10-12 x 12.5 x 103) = 16.53KHz
       实际上,在不同环境温度下时,我们只要测试标准距离1m,调节计数电路脉冲发生器的频率(VR2和VR3),使其显示为100即可。

   这里简单介绍一下计数器的清零及数据锁存过程。A点波形即表现测试脉冲往返的时间,当A点电位由低变高时,由于C1电压不能突变,故B点会产生一个复位脉冲信号使计数器清零,同时IC6内与非门被打开,IC8开始通过CLOCK脚计数;同样当A点电位由高变低时,由于C2电压不能突变,故C点会产生一个锁存脉冲信号使计数器数据被锁存,同时IC6的有关与非门被关闭,IC8开始停止计数,完成计数过程

       C15用于控制显示部分的刷新频率,当C15为1000pF时,刷新频率为1100Hz,由IC9、LED1-LED3、TR1-TR3组成显示电路。

二、元件选择
       这里采用的超声波发射头为T40-16,接收头为R40-16.参数和外形如下:
Item Specifications
Center frequency (KHz) 40
Overpressure value (dB) 115 <
Sensitivity (dB) -64 <
Major diameter size
(mm)   Diameter 16.2  
Height 12.2  
[rito] ゙ interval 10.0  

三、印刷电路板

四、调试
1 调整发射接收电路
       把IC1从插座上拔下,并短接IC1插座的1和3脚,这时IC2的4脚应为高电平,并会持续发出高频载波信号,频率约为40KHz,此时可用示波器监测IC4的1脚信号。让超声波探头朝向一面墙,使发出的超声波返回而被接受器检测到,同时用示波器检测IC4的1脚信号,慢慢调节VR1,使IC4的1脚输出信号最大。 断开IC1插座的1和3脚短接线并插上IC1,此时再用示波器监视IC4的1脚信号,应能看到超声波脉冲串。

2 调整误检测电路
       通常该部分电路不需要调整,但如果发现测量几米外的物体,电路始终显示为0.40,这表明该仪器受到自身发出的检测脉冲干扰。这时我们需检查或稍许增多C11的容量,说明第1条线测得于IC6的第1脚,第2条线测得于IC5的3脚,第3条线测得于IC4的1脚,第4条线测得于IC6的10脚。

3 调节计数电路脉冲频率
         让电路板垂直于墙面1m处,调节VR3在中间位置,再调节VR2使显示1.00,但在环境温度改变时,一般需再次调节VR2,校准测距仪。

4 关于短距离的测量
         当我们将测距仪逐渐靠近被测物体,最终读数显示在34cm左右。因为这个电路C11取值为0.1uF,由于防误检测电路的保护作用,所以最小测试距离限制为34cm左右,如要进一步缩短测试距离,由前面分析可知,我们必须让发出的测试脉冲宽度更窄,同时减小防误检测电路C11的容量。但由于超声波发射器的输出功率有限,如果缩短测试脉冲时间,意味着减小了测试脉冲的输出功率,在测试距离增加时,会使反射回来的信号很弱,造成仪器在长距离测量时受到影响。

5 关于长距离测量
长距离测量由于各种因素的影响会困难一些。有几点测量时我们必须注意:
1)被测目标必须垂直于超声波测距仪。
2)被测目标表面必须平坦。
3)测量时在超声波测距仪周围没有其他可反射超声波的物体。
由于发射功率有限,测距仪无法测量10m外的物体。

  

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