一種基于超聲波傳感器的自動測距裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及超聲波測距領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于超聲波傳感器的自動測距裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 常用的距離測量方法有鋼尺量距、視距測量、超聲波、激光、雷達等。
[0003] 鋼尺量距適用于平坦地區(qū)的短距離測距，易受地形限制；視距測量是利用經(jīng)締儀 或水準儀望遠鏡中的視距絲及視距標尺按幾何光學原理測距，運種方法能克服地形障礙， 適合于低精度的近距離測量;激光和雷達測距裝置價格偏高，不利于廣泛的普及應用，在某 些應用領(lǐng)域有其局限性。
[0004] 超聲波測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，適合在惡 劣環(huán)境下進行測距，利用超聲波測距具有快速、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制等特點， 并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的指標要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的在于，為克服W上技術(shù)的缺陷，提供了一種基于超聲波傳感器 的自動測距裝置。
[0006] 為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型提供了一種超聲波傳感器的自動測距裝置， 所述的超聲波測距裝置包括:超聲波發(fā)送模塊、超聲波接收模塊、單片機主控制器、顯示模 塊，各部分電路均與單片機主控制器相連接。
[0007] 所述超聲波傳感器，用于向測量物體發(fā)送超聲波信號，用于接收從測量物體返回 的超聲波信號。
[000引所述超聲波發(fā)送模塊包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，通過 單片機的觸發(fā)，40Ifflz的超聲波是利用LC振蕩電路振蕩產(chǎn)生的。
[0009] 所述超聲波接收模塊包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路=部 分。
[0010] 所述單片機主控制器向超聲波發(fā)送模塊發(fā)送高電平信號，觸發(fā)之后該超聲波發(fā)送 模塊自動發(fā)送脈沖，超聲波接收模塊自動檢測回波信號，若有回波信號返回，超聲波接收模 塊的I/O 口輸出一個高電平，高電平持續(xù)時間就是從發(fā)射到返回的時間。
[0011] 所述單片機主控制器包括:復位電路、時鐘電路、電源;復位電路采用手動復位電 路;時鐘電路由電容Cl和C2、12MHz的晶振和單片機內(nèi)部的一個增益反相放大器組成，Cl和 C2均取22pF，單片機引腳XTALl和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端，電源采用巧V的 直流電源。
[0012] 所述顯示模塊采用3個共陽極Lm)數(shù)碼管，利用單片機的I/O 口驅(qū)動Lm)數(shù)碼管的亮 滅，由Pl 口驅(qū)動L邸的段碼顯示，由P2口驅(qū)動L邸的位碼顯示。
[0013] 所述單片機主控制器的定時器TO用于計時，定時器Tl用來掃描數(shù)碼管;所述單片 機主控制器通過檢測超聲波發(fā)送模塊的高電平持續(xù)時間，計算出被測物體與超聲波傳感器 之間的距離。
[0014] 所述單片機軟件控制部分包括:系統(tǒng)初始化化模塊、發(fā)射接收控制模塊、運算結(jié)果 處理模塊、數(shù)碼管顯示模塊。
[0015] 所述系統(tǒng)初始化化模塊，用于系統(tǒng)剛上電時對系統(tǒng)的各個引腳電平的分配和對各 寄存器的初始賦值。
[0016] 所述發(fā)射接收控制模塊，單片機通過軟件控制超聲波發(fā)送電路發(fā)射超聲波。超聲 波脈沖轉(zhuǎn)換成的電信號啟動定時器工作，同時啟動接收電路工作，當接收電路有信號輸入 時，對輸入信號進行處理。
[0017] 所述運算結(jié)果處理模塊，單片機將所測的時間利用公式計算出距離。
[0018] 所述數(shù)碼管顯示模塊，單片機將計算出的距離值顯示在數(shù)碼管上。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)優(yōu)勢在于，本實用新型中的超聲波測距具有 采用非接觸式的測量方式，具有測量精度高、穩(wěn)定性高、電路簡單、易于程序控制的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本實用新型基于超聲波傳感器的自動測距裝置的原理框圖；
[0021 ]圖2為本實用新型超聲波模塊時序圖；
[0022] 圖3為本實用新型超聲波模塊發(fā)射電路原理圖；
[0023] 圖4為本實用新型超聲波模塊接收電路原理圖；
[0024] 圖5為本實用新型單片機軟件控制部分的主流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 在圖1所示的實施例中，其為本實用新型基于超聲波傳感器的自動測距裝置的原 理框圖，本實用新型超聲波測距裝置包括:超聲波發(fā)送模塊、超聲波接收模塊、單片機主控 制器、顯示模塊，各部分電路均與單片機主控制器相連接。
[00%] 本實用新型單片機主控制器采用AT89S52,具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，256 字節(jié)RAM, 32位I/O 口線，3個16位定時/計數(shù)器，片內(nèi)具有晶振電路、時鐘電路，晶振采用高穩(wěn) 定度的12MHz晶振，一個機器周期為lus，定時器的數(shù)值加1時，實際經(jīng)過的時間是lus。
[0027] 單片機用P0.0 端口為超聲波發(fā)射端提供至少IOus的高電平去觸發(fā)超聲波模塊發(fā) 出40Ifflz的脈沖，超聲波模塊的接收端會自動檢測有無回波，當有回波時，接收端會將電信 號通過PO. 1端口發(fā)送給單片機。
[0028] 超聲波發(fā)送模塊發(fā)射出方波之后，超聲波的接收端等待高電平的到來，當檢測到 高電平信號時，定時器/計數(shù)器O(TO)開始計時，直到高電平變?yōu)榈碗娖綍r停止計時。
[0029] 所述顯示電路采用3個L邸數(shù)碼管實現(xiàn)測量值的顯示。
[0030] 超聲波的測距原理:超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s(實際速度為344m/s)， 根據(jù)計時器記錄的時間T(單位為S)，就可W計算出發(fā)射點距被測物體的距離S(單位為m)。 計算公式為：S = 340*T/2。
[0031] 在圖2所示的實施例中，為本實用新型超聲波模塊時序圖，采用I/O口觸發(fā)測距，給 至少IOus的高電平信號;觸發(fā)之后該模塊自動發(fā)送8個40KHZ的脈沖，接收端自動檢測是否 有信號返回；有信號返回，通過I/O口輸出一個高電平，高電平持續(xù)時間就是從發(fā)射到返回 的時間。
[0032] 單片機給超聲波模塊發(fā)送一個IOusW上的脈沖觸發(fā)信號，超聲波模塊內(nèi)部將發(fā)出 8個40Ifflz周期電平并檢測回波，若檢測到有回波信號則輸出回響信號，回響信號的脈沖寬 度與所測的距離成正比，通過發(fā)射信號到回響信號的時間間隔可W計算出檢測距離，測量 周期應為60msW上，防止發(fā)射信號對回響信號的影響。
[0033] 在圖3所示的實施例中，其為本實用新型超聲波模塊發(fā)射電路原理圖，超聲波發(fā)送 模塊包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，通過單片機的觸發(fā)，40Ifflz的超 聲波是利用IX振蕩電路產(chǎn)生的。振蕩頻率計算式如下：
[0035] 其中 L = 6.8mH，C = 2200pF，計算結(jié)果 f 約等于 40KHZ。
[0036] 在圖4所示的實施例中，其為本實用新型超聲波模塊接收電路原理圖，超聲波接收 模塊包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路=部分，超聲波探頭頻率要與發(fā) 射探頭的頻率一致，接收探頭將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘枺驗樵O(shè)計所需要的僅 是40Ifflz的信號，選用選頻放大電路，它可使一定頻率的信號通過并放大，而其他頻率的信 號將被阻斷或衰減，把選頻放大電路工作的中屯、頻率設(shè)定為40KHZ，可W把其他頻率的干 擾信號清除或衰減，同時把40Ifflz的回波信號進行放大。
[0037] 在圖5所示的實施例中，其為本實用新型單片機軟件控制部分的主流程圖，包括系 統(tǒng)初始化、計算距離子程序、中斷程序。
[0038] 系統(tǒng)初始化是系統(tǒng)上電時對系統(tǒng)的各個引腳的電平分配和對各寄存器的初始賦 值。
[0039] 計算距離子程序是取定時器TO中的值，利用公式S=(定時器TO的值-TO初值）* 1.7/100(單位是 cm)。
[0040] 中斷程序包括TO中斷、Tl中斷，定時器TO用于計時，執(zhí)行該中斷程序時主要是判斷 TO是否溢出，Tl用來掃描數(shù)碼管和計時800ms啟動超聲波發(fā)射模塊。
[0041] 本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況 下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本實用新型作出各種相應的改變和變形，但運些相應 的改變和變形都應屬于本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于超聲波傳感器的自動測距裝置，其特征在于，其包括超聲波發(fā)送模塊、超聲 波接收模塊、單片機主控制器、顯示模塊，各部分電路均與單片機主控制器相連接;所述的 超聲波發(fā)送模塊包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，通過單片機的觸 發(fā)，40KHZ的超聲波是利用LC振蕩電路振蕩產(chǎn)生的;所述超聲波接收模塊包括超聲波接收探 頭、信號放大電路及波形變換電路三部分;所述的單片機主控制器包括:復位電路、時鐘電 路、電源，復位電路采用手動復位電路，時鐘電路由電容C1和C2、12MHz的晶振和單片機內(nèi)部 的一個增益反相放大器組成，C1和C2均取22pF，單片機引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器 的輸入端和輸出端，電源采用+5V的直流電源;所述顯示模塊采用3個共陽極LED數(shù)碼管，利 用單片機的I/O 口驅(qū)動LED數(shù)碼管的亮滅，由P1 口驅(qū)動LED的段碼顯示，由P2 口驅(qū)動LED的位 碼顯示。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波傳感器的自動測距裝置，其特征在于，單片機主控 制器向超聲波發(fā)送模塊發(fā)送高電平信號，觸發(fā)之后該超聲波發(fā)送模塊自動發(fā)送脈沖，超聲 波接收模塊自動檢測回波信號，若有回波信號返回，超聲波接收模塊的I/O口輸出一個高電 平，高電平持續(xù)時間就是從發(fā)射到返回的時間；所述單片機主控制器通過檢測超聲波發(fā)送 模塊的高電平持續(xù)時間，計算出被測物體與超聲波傳感器之間的距離。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波傳感器的自動測距裝置，其特征在于，單片機主控 制器的定時器TO用于計時，定時器T1用來掃描數(shù)碼管。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于超聲波傳感器的自動測距裝置。測距裝置包括：超聲波發(fā)送模塊、超聲波接收模塊、單片機主控制器、顯示模塊，各部分電路均與單片機主控制器相連接；所述單片機主控制器向超聲波發(fā)送模塊發(fā)送高電平信號，觸發(fā)之后該超聲波發(fā)送模塊自動發(fā)送脈沖，超聲波接收模塊自動檢測回波信號，若有回波信號返回，超聲波接收模塊的I/O口輸出一個高電平，高電平持續(xù)時間就是從發(fā)射到返回的時間；所述顯示模塊采用3個共陽極LED數(shù)碼管；所述單片機主控制器的定時器T0用于計時，定時器T1用來掃描數(shù)碼管；所述單片機主控制器通過檢測超聲波發(fā)送模塊的高電平持續(xù)時間，計算出被測物體與超聲波傳感器之間的距離。
【IPC分類】G01S15/08
【公開號】CN205193278
【申請?zhí)枴緾N201520535605
【發(fā)明人】張占強, 孟克其勞, 張莉, 戴晶華, 宋麗麗
【申請人】內(nèi)蒙古工業(yè)大學
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年7月23日