超声测距系统英文翻译

1、超声波测距系统的设计 超声波测距技术在工业领域、车辆导航、水声工程等领域有着广泛的应用价值。目前已应用于液位测量、机器人自动导航以及空中和水下目标的检测、识别和定位。因此，深入研究超声波测距的理论和方法具有重要的现实意义。为了进一步提高测距精度，满足工程技术人员对测量精度、测距范围和测距仪的要求，本文研制了一种基于单片机的便携式超声波测距系统。关键词:超声波，测距仪，单片机1.前言随着科学技术的发展，人民生活水平的提高，城市开发建设的加快，城市给排水系统的大发展，其状况也在不断改善。然而，由于历史原因和许多不可预见的因素，城市给排水系统，尤其是排水系统，往往滞后于城市建设。因此，经常出现挖掘已

2、建建筑设施改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，所以疏通箱涵的污水对于大城市给排水系统的污水处理非常重要，这样人们才能生活的舒适。箱涵排水清淤移动机器人自动控制系统的设计与开发是箱涵排水清淤移动机器人设计与开发的核心部分。控制系统的核心部分是超声波测距仪的研制。因此，设计的超声波测距仪非常重要。2.超声波测距原理2.1压电超声波发生器的原理压电超声波发生器实际上是利用压电晶体的共振来工作的。超声波发生器具有两个压电晶片和一个共振板。当一个脉冲信号施加到它的两极，其频率等于压电芯片的固有振荡频率时，压电芯片就会发生谐振，并驱动谐振片振动，从而产生超声波。相反，如果两个电极之间没有施加电压

3、，当共振板接收到超声波时，会压迫压电晶片振动，将机械能转化为电信号，然后就变成了超声波接收器。测量脉冲到达时间的传统方法是基于具有固定参数的接收信号的开始。该限值刚好高于噪声水平，但脉冲到达时间被定义为脉冲信号刚好超过限值的第一个时刻。物体的脉冲强度很大程度上取决于它的自然大小和它与传感器的距离。此外，从脉冲的起始点到刚好超过极限的时间段随着脉冲的强度而变化。结果出现了一个错误两个强度不同的脉冲在不同的时间穿越边界，但同时到达。较强的脉冲会比较弱的脉冲更早超过极限，所以我们认为较强的脉冲属于较近的物体。2.2超声波测距原理超声波发射器向某个方向发射超声波，在发射时间的同时开始计时。超声波在空气

4、中传播，途中碰到障碍物，就立刻回来。超声波接收器在接收到反射波后立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，可以根据计时器记录的时间T计算出发射点与障碍物之间的距离(s ),即s=340t/2。3.超声波测距系统的电路设计。该系统的特点是利用单片机控制超声波的发射，并对超声波发射到接收的往返时间进行计时。单片机C51经济易用，芯片有4K ROM，编程方便。电路原理图如图1所示。图1电路原理图产生3.140kHz脉冲和超声波发射测距系统中的超声波传感器采用UCM40压电陶瓷传感器，其工作电压为40kHz脉冲信号，由单片机执行以下程序产生。普泽尔:mov 14h，# 12h超声波发射20

5、0毫秒。这里:cpl p1.0输出40kHz方波nopnopnopdjnz 14h，这里；浸水使柔软前测距电路的输入端连接到单片机的P1.0端口。单片机执行上述程序后，在P1.0端口输出一个40kHz的脉冲信号，经三极管T放大后驱动超声波发射器UCM40T发射40kHz的脉冲超声波，持续200 ms，右测距电路和左测距电路的输入端分别与P1.1和P1.2端口相连，工作原理与前测距电路相同。3.2超声波的接收和处理接收头使用与发射头配对的UCM40R，超声调制脉冲变为交流电压信号，经运算放大器IC1A、IC1B放大后加到IC2上。IC2是带锁环的音频解码集成块LM567。其压控振荡器的中心频率F

6、0等于1/1.1R8c3，锁定带宽由电容C4决定。如果在发射的载频上调整R8，LM567的输入信号将大于25mV，输出端8从高电平跳到低电平，作为中断请求信号送到单片机处理。前置测距电路的输出接单片机INT0口，中断优先级最高。左右测距电路的输出通过与门IC3A的输出连接到单片机INT1端口，单片机P1.3和P1.4连接到IC3A的输入。中断源的识别由程序查询处理，中断优先级先右后左。一些源程序如下:接收1:推送psw推送accclr ex1关闭外部中断1jnb p1.1，对；P1.1引脚为0，转到右测距电路中断服务程序。jnb p1.2，左侧；P1.2引脚为0，转到左测距电路中断服务程序。返

7、回:SETB EX1；打开外部中断1流行accpop psw雷蒂右:.；右测距电路中断服务程序入口ajmp返回左侧:.；左侧测距电路中断服务程序入口ajmp返回3.3超声波传播时间的计算在启动发射电路的同时，启动单片机的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和接收反射波的时间。当接收到超声波反射波时，接收电路的输出端产生负跳变，在INT0或INT1端产生中断请求信号。MCU响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差并计算距离。它的一些源程序如下:接收0:推送PSW推送ACCCLR EX0关闭外部中断0MOV R7，TH0读取时间值MOVR6，TL0清除符号位R6 MOV

8、SUBB A，# 0BBH计算时差MOV 31H，A；存储结果MOV A，R7SUBB A，#3CHMOV 30H，ASETB EX0；打开外部中断0流行ACCPOP PSW雷蒂对于平面目标，距离测量包括两个阶段:粗测和精测。步骤1:脉冲传输产生一个简单的超声波。第二步:根据公式改变回声放大器的采集量，直到检测到回拨。第三步:检测两个回波的幅度和过零时间。第四步:设置回声放大器的结果指定输出，假设是3伏。通过脉冲周期设置下一个脉冲。根据第二部分的数据设置时间窗口。第五步:发射两串脉冲，产生干扰波。测量过零时间和回波幅度。如果在回声中出现相反的情况，则决定是否在低压下插入振幅。第六步:用公式计算

9、距离Y。4.超声波测距系统的软件设计。软件分为两部分，主程序和中断服务程序。主程序完成初始化工作，控制超声波发射和接收的顺序。定时中断服务子程序依次完成三向超声波发射，外部中断服务子程序主要完成时间值读取、距离计算、结果输出等。5.结论对要求测量周长为30cm200cm的平面物体进行了多次测量，发现最大误差为0.5cm，重复性好。可以看出，基于单片机的超声波测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小的特点。因此，它不仅可用于移动机器人，也可用于其他检测系统。思考:至于接收机中为什么不用晶体管做放大电路，因为放大倍数不好，集成放大电路配有自动电平增益控制，放大倍数76dB，中心频率38k到4

10、0k，正好是超声波传感器的谐振频率。参考1.Fox，J.D .、Khuri-Yakub、B.T .和Kino，G.S .，“空气中的高频声波测量”，载于IEEE 1983年超声波研讨会会议录，1983年10月31-11月2日，佐治亚州亚特兰大，第581-584页。2.Martin Abreu，J.M .，Ceres，r .和Freire，t .，“超声波测距:包络分析提高精度”，传感器评论，第12卷第1期，1992年，第17-21页。3.Parrilla，m .，Anaya，J.J .和Fritsch，c .，“高精度超声波测距的数字信号处理技术”，IEEE汇刊:仪器和测量，第40卷第4期，1

11、991年8月，第759-63页。4.Canali，c .、Cicco，G.D .、Mortem，b .、Prudenziati，m .和Taron，A .，“一种在空气中工作的温度补偿超声波传感器，用于距离和近程测量”，IEEE工业电子学报，IE-29卷第4期，1982年，第336-41页。5.Martin，J.M .、Ceres，r .、Calderon，L .和Freire，t .，“超声波测距获得热校正”，传感器评论，第9卷第3期，1989年，第153-5页。超声波测距系统设计出版物名称:传感器评论。布拉德福:1993年。第13卷文摘:超声波测距技术在工业现场、车辆导航和声纳工程等领域有

12、着广泛的应用价值。现已应用于液位测量、自导式自主车、野外作业机器人、自动导航、空中和水下目标探测、识别、定位等领域。因此，深入学习测距理论和方法具有重要的实践意义。为了提高手持式超声波测距系统的精度，满足工程人员对测距精度、范围和使用的要求，研制了一种基于单片机的便携式超声波测距系统。关键词:超声波r，测距系统，单片机1.介绍的随着科学技术的发展，人民生活水平的提高，加快了城市的开发和建设。城市排水系统有了很大发展，其状况也在不断改善。然而，由于历史原因，许多不可预测的因素综合在她的时代，城市排水系统。特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常会有好的建筑被挖掘，建筑设施，以提升排水系统的现

13、象。它给城市带来了污水，而它又是城市污水处理系统中的清污和排水暗渠。舒适对人们的生活非常重要。移动机器人设计用于清理排水涵洞和自动控制系统免费污水涵洞清理保证机器人，该机器人设计用于清理涵洞污水的核心。控制系统是超声波测距仪开发的核心组成部分。因此，设计一个好的超声波测距仪是非常重要的。2.超声波测距原理2.1压电超声波发生器的原理压电超声波发生器是利用压电晶体谐振器来工作的。超声波发生器，内部结构如图所示，它有两个压电芯片和一个谐振板。当它的两个外加脉冲信号，其频率等于芯片的固有压电振荡频率时，芯片就会发生压电谐振，并推动板的共振振动发展，产生超声波。反之，如果两个电极间都没有电压，当电路板

14、接收到超声波共振时，就会对压电芯片进行振动抑制，将机械能转化为电信号，这时它就变成了超声波接收器。确定回波到达时刻的传统方法是基于用固定基准对接收信号进行阈值处理。阈值被选择为远高于噪声水平，而回波到达的时刻被定义为回波信号超过该阈值的第一时刻。从物体反射的回波的强度很大程度上取决于物体的性质、大小和与传感器的距离。此外，从回声的起始点到它超过阈值的时刻的时间间隔随着回声的强度而变化。因此，即使同时到达的两个强度不同的回波在不同时刻超过阈值，也会产生相当大的误差。较强的一个会比较弱的一个更早超过阈值，所以会被认为是属于较近的一个物体。2.2超声波测距原理超声波发射器向一个方向发射超声波，在发射

15、时刻开始的同时，超声波在空气中传播，途中的障碍物立即返回，接收器收到超声波反射波立即停止计时。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，我们可以计算出发射距离障碍物之间的距离(s ),即:s = 340t / 23.超声波测距系统的二次电路设计系统的特点是用单片机来控制超声波发射器和超声波接收器的自发射定时，单片机选用8751，经济实惠，并且芯片有4K ROM，方便编程。电路原理图如图2所示。图1电路原理图3.1发射时产生的40千赫超声波脉冲测距系统的超声波传感器采用压电陶瓷传感器UCM40，其工作电压为40kHz的脉冲信号，它由单片机执行以下程序产生。普泽尔:mov

16、 14h，# 12h超声波点火持续200毫秒这里:cpl p1.0输出40kHz方波nopnopnopdjnz 14h，这里；浸水使柔软单片机前端测距终端电路的P1.0输入端口，单片机执行上述程序，在P1.0端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大后，驱动UCM40T发射第一个超声波，发出40kHz的超声波脉冲，并持续发射200ms。分别测距电路的右侧和左侧，然后输入端口P1.1和P1.2，其工作原理和前面电路的位置相同。3.2超声波的接收和处理用于接收第一对UCM40R的第一次发射，将超声脉冲调制信号转换成交流电压，经运算放大器放大IC1A和极化IC1B后送到IC2。IC2是带音频

17、解码芯片LM567的锁相环，内部压控振荡器中心频率为f0 = 1/1.1R8C3，电容C4决定其目标带宽。R8调理在发射载波频率上，LM567的输入信号大于25mV，输出从高8脚跳成低电平，作为中断请求信号送到单片机处理。单片机终端电路输出端口INT0前面的测距中断优先级最高，输出电路右侧或左侧位置用输出门IC3A接入单片机INT1端口，而单片机P1.3和P1。4收到输入IC3A，中断由进程识别查询源来处理，中断优先级为先左后右。部分源代码如下:接收1:推送psw推送accclr ex1相关外部中断1jnb p1.1，对；P1.1引脚为0，范围从右到中断服务程序电路jnb p1.2，左侧；P1

18、.2引脚为0，为左侧测距电路中断服务程序返回:SETB EX1；打开外部中断1流行accpop psw雷蒂右:.；右位置入口电路中断服务程序Ajmp返回左侧:.；左侧测距入口电路中断服务程序Ajmp返回3.3超声波传播时间的计算当你开始发射的同时启动单片机电路内的定时器T0，利用定时器的计数功能记录发射时间和超声波反射波接收时间。当接收到超声波反射回来的ed波时，接收电路输出一个负跳变，在INT0或INT1结束时产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时差，计算距离。它的一些源代码如下:接收0:推送PSW推送ACCCLR EX0相关外部中断0MOV R7，TH

19、0读取时间值MOVR6，TL0清除符号位R6 MOVSUBB A，# 0BBH计算时差MOV 31H，A；存储结果MOV A，R7SUBB A，# 3CHMOV 30H，ASETB EX0；打开外部中断0流行ACCPOP PSW雷蒂对于平面目标，距离测量包括两个阶段:粗略测量和精确测量。精确的测量:步骤1:发射一个脉冲序列以产生一个简单的超声波。步骤2:根据等式改变两个回波放大器的增益，直到检测到回波。步骤3:检测两个回波的幅度和过零时间。步骤4:设置两个回波放大器的增益，以将输出归一化为例如3伏。根据回波周期设置下一个脉冲的周期。根据步骤2的数据设置时间窗口。步骤5:发送两个脉冲序列以产生干扰波。测试回波的过零时间和振幅。如果回波中出现相位反转，则确定通过使用波谷附近的振幅进行插值来计算。导出t sub m1和t sub m2。步骤6:使用等式计算距离y。4.超声波测距系统软件设计软件分为两部分，主程序和中断服务程序。完成主程序的初始化工作，控制超声波发射和接收的各个顺序。中断服务子程序定时完成三个旋转方向的超声波发射，主外部中断服务子程序读取完成时间值、距离计算、结果输出等。5.结论要求测量范围为30cm 200cm的平面内物体做多次测量，发现最大误差为0.5cm，且重复性好。可以看出