幾種常見的超聲波測距原理圖 - 全文

　　超聲波測距原理

　　超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。這就是所謂的時間差測距法。

　　超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發射后遇到障礙物反射回來的時間，根據發射和接收的時間差計算出發射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。

　　測距的公式表示為：L=C×T

　　式中L為測量的距離長度;C為超聲波在空氣中的傳播速度;T為測量距離傳播的時間差(T為發射到接收時間數值的一半)。

　　超聲波測距主要應用于倒車提醒、建筑工地、工業現場等的距離測量，雖然目前的測距量程上能達到百米，但測量的精度往往只能達到厘米數量級。

　　由于超聲波易于定向發射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優點，是作為液體高度測量的理想手段。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。通過分析超聲波測距誤差產生的原因，提高測量時間差到微秒級，以及用LM92溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們設計的高精度超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度。

　　超聲波測距儀制作方案

　　方案一：利用分立模塊的超聲波測距儀

　　系統包括超聲波測距模組、LED 數碼顯示模組、驅動模組控制模組及電源五部分。

　　超聲波測距模塊主要由發射部分和接收部分組成，超聲波的發射受主控制器控制(如圖1所示);超聲波換能器諧振在40KHz的頻率，模塊上帶有40KHz方波產生電路。

　　顯示模塊是一個8位段數碼顯示的LCD;測量結果的顯示用到三位數字段碼，格式為X點XX米，同時還用兩位數字段碼顯示數據的個數。

　　電源采用9V的DC電源輸入，經穩壓管后得出5V以及3.3V的電源供系統各部分電路使用。

　　圖1 超聲波測距的結構

　　方案二：基于PIC16F876A單片機的超聲波測距儀

　　超聲波測距儀主要以單片機PIC16F876A為核心，其發射器是利用壓電晶體的諧振帶動周圍空氣振動來工作的.超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器接收到反射波就立即停止計時。一般情況下，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/ s，根據計時器記錄的時間t ，就可以計算出發射點距障礙物的距離 s，即s=340×t/2，這就是常用的時差法測距。

　　在測距計數電路設計中，采用了相關計數法，其主要原理是：測量時單片機系統先給發射電路提供脈沖信號，單片機計數器處于等待狀態，不計數;當信號發射一段時間后，由單片機發出信號使系統關閉發射信號，計數器開始計數，實現起始時的同步;當接收信號的最后一個脈沖到來后，計數器停止計數。

　　雙向超聲波測距儀的系統主要有幾下部分組成(如圖2所示)： LED顯示模塊，PIC16F876A芯片，超聲波發射模塊，超聲波接收模塊，電源模塊等五大模塊組成。