一種高精度的超聲波智能測距系統的設計方案

1.引言

1.1 國內外發展的概況

智能測距系統目前在國內有一定的研究水平，多用于汽車工業以及智能機器人的導航系統和相關領域。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。

超聲波由于指向性強、能量消耗緩慢且在介質中傳播的距離較遠，因而經常用于距離的測量。它主要應用于倒車雷達、測距儀、物位測量儀、移動機器人的研制、建筑施工工地以及一些工業現場等，例如：距離、液位、井深、管道長度、流速等場合。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便，且計算簡單、易于做到實時控制，在測量精度方面也能達到工業實用的要求，因此得到了廣泛的應用國內這一類的測距技術較為完善，但是這類系統外圍電路相對復雜，顯示部分不夠形象，而且精度不高，大部分停留在厘米級別。

1.2 系統的功能、性能要求

本設計“高精度超聲波智能測距系統”能夠實現2cm-4m范圍內的精確測量功能，精度可達0.1mm,LCD液晶屏漢字顯示功能，以及距離分段報警功能。實物體積小、功耗低、便于嵌入到其他系統，具有一定的使用價值。

2.系統結構

2.1 系統結構框圖

2.2 基本工作原理

通過單片機驅動程序在P1.2口產生40KHZ的方波經調解電路驅動超聲波發射探頭發生，遇到障礙物經反射由P1.1口超聲波接收探頭接收;經單片機內部定時電路計算時間，從而導出障礙物距離探頭的距離由接在P0端口的LCD12864顯示;距離閾值分為0-1m;1m-1.5m;1.5m以上三段不同頻率報警。

3.硬件設計

超聲波傳感電路：

(1)采用IO觸發測距，提供至少10us的高電平信號;

(2)模塊自動發送8個40kHz的方波，自動檢測是否有信號返回;

(3)有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離=(高電平時間(340m/S))/2;如圖2所示。