基于超声波的测距系统设计.pdf

简介：
本论文详细介绍了基于超声波技术的智能测距系统的研发过程，包括硬件选型、软件编程及实验测试等环节。该系统具有精度高、反应快的特点，适用于多种自动化测量场景。 ### 超声波测距系统设计的知识点 #### 一、超声波测距原理 超声波测距的基本原理在于利用超声波发射器向某一方向发射超声波，并在发射瞬间启动计时器；当超声波遇到障碍物后反射回来，接收器接收到反射信号时停止计时。根据记录的时间( t )以及已知的空气中340米/秒的传播速度，可以通过以下公式计算出发射点到障碍物的距离( s )： \[ s = \frac{340t}{2} \] 这里将距离乘以2是因为声音往返了一次。 **超声波传感器的主要组成部分：** 1. **超声换能器**：用于发射和接收超声波。 2. **处理单元**：负责激励超声换能器并分析接收到的回波信号。 3. **输出级**：将处理后的信号进行输出。 #### 二、超声波测距系统的总体方案 **1. 发射电路设计** 该系统采用了基于方波调制的脉冲发射电路。单片机通过PORTA4端口生成一组五个40kHz的脉冲序列，加在压电晶片上使其发出超声波。当信号处于高电平时，发射传感器两端施加高电压使内部压电晶片振动；低电平则进行回路放电。 **2. 接收电路设计** 为了满足大范围测距需求，接收电路需灵敏捕捉微弱信号并处理强信号。因此采用低噪声、自动增益控制和窄频带放大器的组合： **前置放大电路：** 用于提高超声换能器输出电阻较大的情况下信噪比。 **自动增益控制（AGC）电路：** 动态调整放大器增益，确保不同强度输入信号都能获得稳定可靠的输出。 **带通滤波器：** 从混合信号中提取特定频率范围内的信号，主要过滤非超声波干扰。 #### 三、温度补偿机制 为了提高测距准确性，系统引入数字温度传感器DS18B20进行测量，并根据声速随温度变化的关系对声速校正。具体公式为： \[ v = 331 + 0.6T \] 其中\(v\)表示声速（米/秒），\(T\)代表环境温度（摄氏度）。这确保了在不同温度条件下测距的准确性。 #### 四、总结 本段落介绍了一种用于汽车前方障碍物实时检测的超声波测距系统，涉及基本原理和硬件设计。通过发射电路与接收电路的设计保证系统的稳定性和可靠性，并利用温度补偿机制提高测量精度。该技术不仅适用于防撞领域，还广泛应用于机器人导航及自动化设备等场景中，具有实用价值和技术参考意义。