超声测距装置 - 谁知道哪里有超声测距装置的介绍啊？非常感谢。

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谁知道哪里有超声测距装置的介绍啊？非常感谢。

1. 回答人: 匿名时间: 06-30 14:07:24

一种超声波测距装置，包括：能够使共振频率或共鸣频率变化的发送用超声波振动器(1)及接收用超声波振动器(2)；为了驱动发送用超声波振动器(1)、发送超声波，生成频率被调制的驱动信号的驱动部(151)；生成旨在使发送用超声波振动器(1)的共振频率或共鸣频率变化的控制电压，在由发送用超声波振动器(1)发送超声波之际，将控制电压外加给发送用超声波振动器(1)的发送用控制电压生成部(152)；生成旨在使接收用超声波振动器(2)的共振频率或共鸣频率变化的控制电压，从生成驱动信号起，在可调整的延迟时间后，将控制电压外加给接收用超声波振动器 (2)的接收用控制电压生成部(153)；检出用接收用超声波振动器接收的超声波产生的接收信号的强度的接收部(154)；由发送用超声波振动器(1) 向测量目标多次发送的超声波产生的反射波，使延迟时间变化后，分别用接收用超声波振动器(2)接收，根据接收部中接收到获得强度最大的接收信号的超声波时的延迟时间，求出超声波的传播时间，根据超声波的传播时间，求出到测量目标的距离。

2. 回答人: 匿名时间: 06-20 00:17:43

摘　要：论述了利用三只超声换能器测量距离和角度的原理，给出了硬件电路原理图和软件流程图，分析了引起测量误差的主要原因，提出了减小系统误差和随机误差的措施。
　　关键词：超声波，测距，三点式超声波测角，误差

A Device for Measuring Distance and Angle With Three
Supersonic Transformers

　　Abstract：The principle of range and angle finding by three supersonic transformers is analysed.Electric circuit schematic chart and software flow chart are given.Main sources of errors in measuring are analysed and some measures are given to weaken systematic error and random error.
　　Key words：supersonic,range finding,angle finding by three-transformer type supersonic device,error

　　在国家“863”科研课题“井下喷浆机器人”的研制中，为了确定喷枪与顶板之间的距离和夹角，研制了一种三点式超声波测距测角的装置，该装置可广泛用于需要非接触测量距离和角度的场合。为提高系统的性能，采用了8位微处理机AT89C51，微处理机主要用于给超声波电路提供脉冲控制信号以及用于测量数据处理、随机误差补偿、温度补偿和现场校正等。

1　三点式超声测距测角装置的原理
　　如图1（a)所示，ARM是机器人的小臂。为测量小臂与巷道顶板平面PP之间的夹角Φ，在小臂ARM的末端平面上安装3只超声换能器A，B和C。如图1（b)所示，设A，B和C发出的超声波传播方向垂直于小臂末端的平面ABC，它们分别传播至平面PP上的O、P、Q点并反射回到A、B、C点，设AO、BP、CQ线段的长度分别为a、b、c，平面OPQ与平面ABC之间的夹角为Φ, 三角形ABC是边长为L的等边三角形，根据图1(b)容易求得：

图1　超声测距测角原理图

　　实际测量时，利用微处理器控制换能器A，B和C分时发射和接受超声波，这样就避免了3只超声波换能器之间的相互影响。用计数值表示换能器从发射超声波到接收到回波所用时间，则该计数值同样反映了距离a、b、c的值。设N1、N2、N3分别表示换能器A、B、C从发射到接收到超声回波期间微处理机的计数值，则有：

式中，K是与微处理器的工作频率及超声波在当时环境下的传播速度等有关的常数。机器人小臂末端与顶板平面之间的平均距离可用下式表示：

DIS=C．(N1+N2+N3）/3　　(3)

式中，C是常数。
　　从（1）式可知，在L一定的情况下，角度测量的精度与距离测量的精度直接相关；在距离测量精度已定的情况下，适当增加L值，可提高角度测量的分辨率和精度。但是，L的大小往往受实际应用条件和应用目的的限制而不能太大，为此，应尽可能地提高距离测量的精度。

2　硬件电路及软件设计
　　超声换能器采用频率为46 kHz的压电陶瓷换能器，收发电路采用集成芯片LM1812，采用单换能器工作方式，即一个换能器既作为发射器使用又作为接收器使用。“发射-接收”的控制和数据处理部分是以89C51为主的单片机系统，并通过光电耦合器与LM1812连接。采用1片TMP82C79扩展键盘和显示器。硬件电路的示意图如图2所示。

图2　硬件电路组成图

　　LM1812包括脉冲调制C类发射器、高增益接收器、脉冲调制检测器和噪声抑制电路。发射器和接收器的工作频率由LM1812的第1脚外接的LC网络决定，如图3所示。当第8脚被键控设置为高电平时，L1-C1振荡槽路被切换成振荡模式。芯片上的1 μs单脉冲发生器在振荡器的每个周期都被触发，并且依次驱动功率放大器。这种单脉冲发生器的复位时间为2 μs，通过变压器把换能器耦合到输出级。振荡器的频率由L1-C1决定：

图3　利用LM1812的超声收发电路

　　设发射级的负载阻抗为Rt,可根据有关LM1812的应用资料设计变压器Tr的匝比Ns/Np，这里不再赘述。为了保证输出级不过载，必须在6脚上测量电流，此电流在每个发射周期开始的几个脉冲可以达到2 A或3 A，但稳态电流峰值不能超过1 A。减小L6的匝比可降低电流峰值。Tr线圈的次级与C6应调谐在工作频率f0。
　　当8脚被键控为低电平时，LM1812工作在接收模式，8脚的输入电流应保证在1～10 mA之间。接收机增益是外部可变的，能提供200 μVp-p的检测灵敏度。由于接收器的增益很高, 所以必须小心以避免产生振荡，为此，应将与1脚和4脚有关的元件妥善分开，换能器必须用屏蔽线与电路相连。另外，增大图3中的R3也可以减小接收器的增益，从而减小振荡。
　　由于采用单换能器测距，必须解决换能器余振造成的干扰问题。因为在发射模式中，换能器被驱动后，使它的机械振动停下来是需要一些时间的，根据阻尼量的大小，这种振动可能要持续10～100个周期。这种机械振动产生一个足够强的电信号（＞200 μVp-p），使检测器保持在接通状态，这就掩盖了在这时出现的任何一种回波信号，这对近距离的检测会造成严重干扰。解决这个问题的一个方法是使接收器的增益在发射结束时为最小及在振动信号降到增益检测阈值以下时变到最大。减弱LM1812的2脚与3脚之间的信号可改变增益。图3给出了这样一种变增益电路。另外，适当增加C9的值，可以增加接收器延迟开通的时间，这样也可以在一定程度上避免余振的干扰。
　　采用微处理器AT89C51的P1.0～P1.2分别作为3个LM1812的工作模式控制信号,LM1812检测器的输出通过多路模拟开关送入P3.2()。为避免模拟电路与数字部分相互干扰，采用不同的供电电源，通过光电耦合器传送信息。软件设计中采用外部中断和定时/计数器0计算从发射至接收到超声波回波所用的时间，从而计算出距离和角度。利用8位数码管的前2位显示测量数据的类别(距离或角度),后6位显示测量值的大小，采用循环显示的方式，每次测量值显示3 s，距离和角度的显示时间各为1.5 s。利用软件产生1.5 s的延时。软件程序流程图见图4。

图4　软件工作流程图

3　提高测量精度和系统抗干扰能力的措施
　　在图1中三角形ABC的边长确定后，角度的测量精度主要取决于距离的测量精度。距离的测量精度主要与下列因素有关：
　　①气压、温度、湿度等外部环境参数；
　　②单片机内部定时/计数器的工作频率限制、电路及换能器的时间延迟等；
　　③干扰造成的误测和漏测；
　　④随机误差。
　　为减小外部环境参数变化带来的误差，可利用软件进行补偿，这需要气压、温度等参数的检测电路；为减小上述第二项因素造成的误差，应采用高速度的微处理器并使之工作在较高的频率上。这里采用AT89C51单片机，晶振频率为12 MHz。因此，定时器的最大计数速率为1 MHz，设超声波在空气中的传播速度为331.45 m/s，则因定时器而产生的最大误差为：Et=331×10-6 m=0.331 45 mm。为提高测距精度，应选择稳定性好的电子器件以及高质量的换能器；为减小干扰造成的误测和漏测，除可采用上文提到的抗余振干扰的措施外，还可采用其他的自动增益调整等措施。下面简单介绍该装置在系统误差和随机误差的补偿中所采用的措施。
3.1　系统误差的补偿措施
　　①采用温度传感器测量温度，再利用软件进行温度补偿。在标准大气压下，超声波在空气中的速度与温度的关系可近似表示为：

其中，T是摄氏温度。
　　由ΔT的温度变化引起的速度变化为：

　　由此可得到距离测量的误差为：

ΔS=Δ（Vt/2）=（tΔV+VΔt）/2　　(5)

其中，t是温度变化前测量所用的时间，Δt是温度变化前后所用测量时间的差值。根据(5)式就可以补偿温度变化造成的测距误差。
　　②采用图3所示的电路抑制换能器余振的干扰。单片机系统的振荡频率采用12 MHz，使定时器产生的误差被限制在0.331 45 mm以下。
　　③设置了现场校正功能。在现场工作前，测量一段给定距离S0，设实测的超声波传送时间和实测距离分别为T1和S1，则ΔS=S1-S0就是要修正的误差。根据ΔS和T1可算出单位计时值所对应的距离修正量δ，δ作为一个常量而保存。在本次测量中，实测距离和角度都用δ加以修正。实践表明：这样可以使测距绝对误差由≤5 mm减小到≤3 mm。
3.2　随机误差的补偿
　　由于该随机误差服从正态分布，其数学期望为0，所以，利用多次测量然后求平均值的方法减小随机误差。采用的方法是：每测量10次求一次平均值，然后送显示。实践表明，这样做能够明显减小随机误差。

3. 回答人: 匿名时间: 06-19 09:56:16

有源超声波测距：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，如超声波液位物位传感器，超声波探头,适合需要非接触测量场合,超声波测厚,超声波汽车测距告警装置等

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