《测距传感器》.doc

超声波传感器的应用 姓名：杨超 班级：机自1006 学号：1015014157 学院： 机械工程学院  超声波传感器的应用 引言： 超声波测距基于声音传输，根据声速、发射和接受时间差通过简单的计算得出距离。 超声波传感器由于成本低廉，精度高，测量范围大等优点，被大量测距场合所采用，但是其发射声波发散(如右图所示)，不适宜对较小物体测距。 超声波传感器测距原理: 1、?超声波发生器超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等。另有一种密封式超声波传感器（MA40EI型），它的特点是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近开关用，它的性能较好。2、压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。3、超声波测距原理? 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2?LM1812. LM1812 是一种通用型超声波专用集成电路,其内部有保护电路,检测器输出可驱动1 A 峰值电流,发送功率可达12 W. 使用专用集成电路具有电路简单,占用空间小等特点,适合采用单个超声波测距或多路超声波循环测距下使用. LM1812 内部包括:脉冲调制C 类振荡器、高增益接收器、脉冲调制检测器和噪音抑制器.脉冲调制C类振荡器、高增益接收器、脉冲调制 检测器和噪音抑制器. 超声波接收器收到的信号被转换成的电压信号,经C4 输入接收器,它有两级放大电路,如下图: 采用通用型超声波专用集成电路LM1812 制作超声波测距传感器,电路简单、成本低、工作可靠、维护方便、超声波发射功率大,可用于移动机器人测距、导航、定位和避障,也可用于其它场合,如液位、物位测量等。 基于运放与三极管的超声波电路 发射电路如右图所示,可以用单片机的P1.0脚输出40KHZ(根据发射头的具体参数设定)的脉冲信号,三极管通断增加驱动能力,发射信号. 接受电路如下图,接收头接受到信号后,经过两级放大,滤波等调理.输出信号给单片机进行处理,根据时间发射和接受时间差,距离=声速×时间差÷2. 系统可以采用DS18B20或者其它文具芯片,对温度进行测量,声速在不同温度下是发生变化的,故温度补偿是提高精度的有效方法. 基于lm386及CX20106的超声波电路 Cx20106是索尼公司的专用信号调理放大集成芯片R4和C3 是控制CX20106 内部放大增益，R5控制带通滤波器的中心频率。一般取R4=4欧，C3=1Uf.。其余元件按图2取值。US_T为超声波接收头，OUT_INT当收到超声波是产生一个下降沿，接到单片机的外部中断上。 一些资料表示，在CX20106的1脚输入0.2mV的信号。在5脚将会输出滤波后放大的有用信号。在实测中，5脚并没有一个放大的信号输出。实际调试的时候只关心芯片的7脚在收到信号是是否有一个下降沿产生。 在本电路的调试中，如果一直发射超声波，在7脚将会有周期的低电平产生。不会像通常认为的那样，即一直发射信号时，7脚一直为低电平。具体电路如下: 发射电路采用LM386,外围电路简单,发射强度高,具体电路如下: 另外,发射电路有采用连续反向门电路、555为核心的震荡电路、以及采用MAX232将电压提升以增强发射强度效率的发射电路等等，各有优缺点，需根据实际应用情况选择。 对于提升超声波性能，可以选用质量好的超声波发射接受头，可以大范围缩小超声波的发射角度，具体如右图，发射角度在7°左右。 减小超声波模块体积，可以采用集成度高的收发一体式芯片及收发一体式传感器，发射与接收用简单的切换电路，通过程序控制。可以将整个模块限制在5cm*cm内.