超声波测距电路方案
阿丕2006/04/26电子技术 IP:陕西

最近搞超声波测距,看了不少网页,也查了很多资料。发现很多同学都在搞这样的毕业设计时困难重重,什么跪求之类的……

我搞超声波不到两个月,一星期就可以接收到信号,半个月对射距离就达到了4米,一个月从自学到设计完成了PCB制板和调试,现在接近4月底,我一共做了三个版本。对射距离不小于6米,反射距离在3米左右(40KHZ),如果加上发射功率增幅装置,可以达到不低于15米的对射距离(反射没有试,而且还差最终调试)。我提供以下方案给大家做参考用,这是个日本人制作的电路,虽然我不太喜欢日本人,但是他们设计的电路不会出现像我查资料发现的中国人的互相抄袭现象(要命的是还有抄错的情况),有制作成功保证。之所以不提供我的方案,主要考虑到我方案还差一些最终的确认,把没有绝对把握的东西提供出来是很尴尬的。

注意了,我提供这个电路方案的目的是给电子爱好者参考的,因为这样可以帮助热衷于电子技术的同学们避免我犯的种种错误。如果是单纯的为了搞毕业设计,勉强毕业的话,那么我建议诸如有“跪求”习惯的同学还是不用往下看了,本科生是有尊严的。

来自:电子信息 / 电子技术
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~~空空如也
阿丕 作者
18年10个月前 IP:未同步
5034



超声波测量,看似简单,但是根据IC等选择的不同也会表现出非常大的差异性。此外,温度,干扰也必须仔细的考虑。超声波传感器的选择是成功的重要条件之一,那种看起来就很粗糙的传感器坚决不买,我发现加工工艺上的差别造成的性能差异非常大。减低超声波的频率可以明显提高检测距离,同时精度会降低;提高频率则反之

超声波原理图如上,同时我提供了单片机PIC16F873的16进制代码。日本人的温度修正是通过A/D转换手动调整修正。

注意了,如果出现接收信号困难或者短的情况,我建议各位参考他的接收信号放大电路部分。这部分比较关键。增加发射功率的效果远没有这样的调整效果明显。如果发现模仿的放大电路部分不能工作,那么这一定是你自己的问题,没有其他任何的解释,仔细的查看线路排布,将可能造成干扰的部分与信号线尽可能的远离。

1233_7897_646.jpg

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阿丕作者
18年10个月前 IP:未同步
5035


1233_7898_653.jpg

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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5037

最短距离29厘米,最大距离3.6米,因为有温度补偿A/D转换,精度根据调整而定。

外界条件影响因素有:

元件选择、元件布局、元件焊接水平、走线方式、传感器质量、测量反射面材质、空气流动状况、电磁噪声幅度、机械噪声幅度、气压、检测时的检测方式(手持还是静置等)、温度、电源状况等

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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5039
误差是由各种因素共同产生的,根据调整的不同会有不同的表现。大概在10毫米左右。超声波传感器以超声波为检测手段,所以超声波对它肯定有影响,至于干扰多大那就要看干扰有多强。但是一般情况下不容易出现干扰超声源。
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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5040
可以将信号放大倍数增加到2000倍,效果会更好。我在测试的时候放大倍数为10000倍,略微需要电压比较器去除噪声信号
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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5041
我的方案 信号放大倍数为2200,选用MC3403,输出用电压比较控制,然后接PIC16F84A,液晶显示,超声波传感器用TCF40-16TR,发射电压为6V的条件下(标准为9V,缺电池),最大稳定反射工作距离为250厘米。 未检测发射电压为80V条件下的工作距离,但目前在宿舍里尚未找到接收不到信号的地方 注意:信号放大部分比较敏感,所以有条件最好制成PCB板,这样对检测性能有很大的帮助,同时避免使用电压波动大的电源,这对检测具有很大的破坏性
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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5043
我做好后的尺寸 60*36*30 ,打算用到机器人距离传感上
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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5046

“正脉宽有很大的波动,不平滑”

阻抗匹配问题,我以前碰到过,使用三极管放大效果反而降低。后来加了个电感解决。建议你按照我提供的电路搭建发射部分。

“自激”

你把电源滤波电容加大,同时注意不可以同时发射和接收超声波,加个LM393滤掉,或者用LM567

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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5048
一般是40KHZ
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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5051
你把后面的逻辑部分也接上,顺便问一下,你用什么板子搭建电路?
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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5053

电路图中RA5的状态对输出有决定作用,作者用这个方法屏蔽短距离内的信号,防止过早接收错误信号,要注意。“如果其他部分正常的话”,仔细看这部分

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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5056

我的整流用的是2AP12,建议你不要用万能板,那样的话容易使比较器处于某种微妙的状况,如果你的电路密集。

后面接74HC14,两个逻辑非并联输出信号,在看一看

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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5058

祝贺,祝贺

你把电压比较的参考量调低,然后增加发射功率

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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5060

4069的作用自己分析,如果连这个都不清楚,估计也就不用考虑功率问题了。

KING ,我开始发现你不动脑筋了

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阿丕作者
18年9个月前 IP:未同步
5062
你重新调整电路,优化后可以增加不少的检测距离。如果你的电路不能正常工作,把改动的部分恢复为我提供的电路
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阿丕作者
18年8个月前 IP:未同步
5063

最近做了一些新的尝试,将MC3403更换为LM324N,同时放大倍数调整为100000,发现了与KING相同的问题。

首先是逻辑上的错误,在调整了比较器以后问题解决了

其次是干扰,强度很厉害,在信号干扰抑制过程中,需要把比较电压提高很多

看来IC和放大倍数选择重要性很大

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阿丕作者
18年8个月前 IP:未同步
5065

人类的耳朵只能分辨频率为20至2万赫兹的声音,频率比人的听频范围高的声波就叫做超声波。不同的动物可听到的声波频率范围不尽相同。超声波对于蝙蝠更为重要,这种动物是靠超声波来“看”世界! 蝙蝠先会发出一连串超声的尖叫声,声波遇到障碍物便会反射,就像我们向山谷拍手会听到回声一样。由于超声波的频率高,相对较少出现绕射现象,所以回声十分清晰。蝙蝠分析回声的方向和回传时间,便可以知道环境的精确图像。人们根据蝙蝠“看”事物的原理,发明了声纳探测器,用来测量水深。船只上的发射器先向海底发射超声波,再由另一些仪器接收和分析反射回来的信息,从而得到整个海床的面貌。

同样的道理,可以更改频率获得能在空气中传播的超声波,这样的声波遇到障碍物的时候返回,因此,通过分析时间间隔的大小可以获得本体与障碍物间的距离,这样的检测称为无接触测量技术,有广泛的运用场合,采用超声波检测距离的特点在于:

1. 超声波在均匀介质中沿直线传播,当遇到不同的物质时,发生反射和折射现象,因此可以运用这种现象来获得反射物体存在的空间参数;

2. 超声波的指向性很好,特别是在高频率或者高发射功率的情况下;

3. 超声波传播能量由各种因素决定,传播距离越远,由于介质吸收等因素造成的能量损耗越明显,特别是在高的传播频率和低的介质密度条件下;

4. 超声波在人耳听不到的声波频率范围内,避免了超声波的装置工作时,产生的噪声对人体的损害;

5. 超声波波长越短,其检测精度越高。

因此超声波装置尤其适用于存在/非存在监测、精确距离监测,或其它类型传感技术不能很好的发挥作用的应用领域,如监测透明或发光物体、充满雾气或尘埃的空气,或是喷射状液体,而且随着性能的提升,可以进一步取代其他的检测方式,以其便捷性和精度高等优势成为一种理想和被推荐的检测,有更广的应用前景。

目前,人们已经制成了许多超声波发生器。总体上讲,超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气

流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。

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。

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<st1:chmetcnv w:st=\"on\" TCSC=\"0\" NumberType=\"1\" Negative=\"False\" HasSpace=\"False\" SourceValue=\"340\" UnitName=\"m\">340m</st1:chmetcnv>/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 ,这就是所谓的时间差测距法。

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阿丕作者
18年8个月前 IP:未同步
5066

从我论文上截取的,还有问题的话尽管问

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阿丕作者
18年8个月前 IP:未同步
5067

全部发上来的话,会被教授打PP,所以不好意思,不可以这么做。但是各位如果有问题的话,我会尽力解答的

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阿丕作者
18年6个月前 IP:未同步
5068

补充说明一下

我提供电路方案的目的是帮助解决制作过程中可能碰到的细节问题,并不是直接提供代码、论文等完整设计方案的。所以希望大家以后不要询问了。

坦白的讲,提供全部资料对大家的成长没有任何好处

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阿丕作者
18年5个月前 IP:未同步
5070

你采用的超声波传感器频率比较高,所以总的来讲,对单片机检测提出了比较高的要求。我一般发射10个脉冲,然后间隔一段时间开始检测信号接收,这是40KHZ的情况。

你将检测到的信号(10个左右的脉冲),一般为正弦波,整流后提供给单片机。就比较容易得到稳定的低电平或者高电平信号了。10个脉冲的时间远大于单片机的工作周期,这样信号判别会容易点。

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阿丕作者
18年3个月前 IP:未同步
5076

首先建议查找出对应采用的放大器的频率范围

其次建议不要采用LM567,采用LM393,我在使用LM567时也发现了一些问题

再次建议探测间隔时间长一点

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阿丕作者
18年3个月前 IP:未同步
5079

那么接下来就做硬件方面的一些调整,比如发射和接收探头位置,线路布局等。也可以更换超声波探头试一试

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阿丕作者
18年3个月前 IP:未同步
5080

补充说明一下:

你提供的程序我没有分析,一般情况下,程序结果出现错误的可能性决定于是否启用了,比如WATCH DOG等附带功能.另外如果是连续检测的话,建议适当调整检测间隔时间.

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阿丕作者
18年3个月前 IP:未同步
5084

对我而言,程序员最痛苦的事情是看另一位程序员的程序.

我一般只有在工作间隙才能有上网的时间和精力,同时我极少使用汇编.所以在这方面我对你的帮助是有限的.

我大致把我编制程序的框架告诉你吧,因为我喜欢用PIC单片机,它和51有一定区别.

端口初始化---PORTB.1输出高电平---驱动NE555产生脉冲,发射超声波----等待(屏蔽近距离干扰)---PORTB.0检测电平是否变为高----计时循环终止----数值计算----LCD输出

采用4MHZ晶振,PIC16F84A

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阿丕作者
18年3个月前 IP:未同步
5086

电压比较器LM393,电路硬件出问题的可能性是最大的.我制作的时候调试程序只用了1天时间而已.

注意几点:

1.驱动超声波发射的部分不要用手接触,特别是裸线

2.传感器角度

3.接收信号的前置电路比什么都重要,线路要清晰,整齐

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