高精度超声波测距系统的设计

简介engineering在工程实践中，由于方向性强，能量消耗慢，在介质中的传播距离长，超声波通常用于距离测量。

它主要用于倒车雷达，测距仪，物位测量仪器，移动机器人的开发，建筑工地和一些工业现场，例如：距离，液位，井深，管道长度，流量等场合。

超声波检测通常快速便捷，计算简单，易于实现实时控制。

测量精度还可以满足工业实用性的要求，因此已经得到了广泛的应用。

超声波测距的基本原理超声波发生器在某一时刻发出超声波信号，遇到被测物体后会反射回来，并由超声波接收器接收。

只要计算出从超声波信号的发射到接收回波信号的时间，并且已知介质中的传播速度，就可以计算出到被测物体的距离：d = s / 2 =（vt ）/ 2（1）d是被测物体与测距仪之间的距离，s是超声波穿过的距离，v是超声波在介质中的传播速度，t是花费时间超声波发射接收。

为了提高精度，有必要考虑空气中超声波传播速度与不同温度下的温度变化之间的关系：v = 331.4 + 0.61T（2）式中，T为实际温度（℃） ），而v的单位为m / s。

压电超声传感器的原理目前，超声传感器大致可分为两类：一类是通过电方法产生的超声波，另一类是通过机械方法产生的超声波。

电学方法包括压电，磁致伸缩和电学等。

机械方法包括高尔顿长笛，液体哨声和空气哨声。

它们产生的超声波的频率，功率和声音特性不同，因此它们的用途也不同。

在工程中，压电超声波传感器目前更常用。

压电超声波传感器实际上是利用压电晶体的共振来工作的。

压电超声发生器内部有两个压电晶片和一个谐振板。

当向其两个极施加脉冲信号并且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将共振并驱动共振板振动以产生超声波。

相反，如果在两个电极之间未施加电压，则当谐振板接收到超声波时，它将压迫压电芯片进行振动并将机械能转换为电信号，然后将其转换为超声波接收器。

反射型超声波测距仪的硬件电路设计：本系统的硬件电路由最小的单片机系统，温度补偿电路，超声发射器电路，超声接收器电路和显示电路组成，如图1所示。

该超声波测距仪的具体工作过程如下。

在单片机产生复位信号后，MC9S12DG128B产生一个控制信号，以控制外围电路产生40kHz的超声波。

经过成形和放大后，将其添加到超声换能器中，以发射频率为40kHz的超声波。

同时，它对MC9S12DG128B的内部计时器进行计数，测量发送超声波信号所需的时间，并对超声波换能器R接收到的超声波信号进行放大，滤波和整形，然后将其用作接收到的信号启动计时器输入捕捉功能，完成超声波测距的时间操作。

同时，用温度传感器DS18B20测量当前环境温度，读入单片机，然后进行处理，在LCD屏幕上显示相应的测量值和当前温度。

微控制器MC9S12DG128B MC9S12DG128B是飞思卡尔推出的S12控制器中的16位微控制器。

它具有很高的集成度和丰富的片上资源。

接口模块包括SPI，SCI，I2C，A / D，PWM等，并在FLASH存储控制和加密中具有强大的功能。

MC9S12DG128B微控制器采用增强型16位S12 CPU，片上总线时钟频率可高达25MHz；片内资源包括8kB RAM，128kB FLASH，2kB EEPROM，SCI，SPI和PWM串行接口模块； PWM模块可以设置为4通道8位或2通道16-b