超声波测距中怎么供电

⑴ 超声波测距离

一种用于汽车倒车避撞的超声波无线距离测量系统

Research of Ultrasonic Distance Measurement System
Abstract: A kind of ultrasonic distance measurement system used in the car is designed in this paper. The system includes the lower microcomputer system and the upper microcomputer system. The lower microcomputer system is mainly composed of ultrasonic transmitting circuit, receiving circuit ，wireless communicating mole and microcomputer. The data from the lower microcomputer system is transmitted to the upper microcomputer system by the wireless way. The design principle of ultrasonic distance measurement circuit is analyzed. The design method that the data is transmitted is also introced. The system is of the characteristics of measurement convenience, fast response and stability.
Key words : wireless communicating；microcomputer； ultrasonic；distance measurement；temperature compensation
摘 要：本文介绍一种用于汽车倒车避撞的超声波无线距离测量系统。系统由下位机与上位机两部分组成，下位机主要由超声波发射电路、超声波接收电路、无线收发模块及单片机组成，上位机由单片机、无线收发模块、显示电路等组成，下位机与上位机之间通过无线收发模块传输信息。文中分析了超声波测距电路的设计方法，叙述了采用无线通信技术实现数据远程传输的设计思路。该系统测量距离方便、灵活、稳定。
关键词：无线通信；单片机；超声波；距离测量；温度补偿

1. 引言
随着经济的发展，人们的生活水平越来越高。当今，对许多人来说，汽车进入家庭已不再是奢望，但随之而来的事情就是如何保证汽车使用过程中的安全问题，特别是如何防止汽车与其他物体碰撞的事情发生。据初步调查统计，l5%的汽车事故是由汽车倒车“后视”不良造成的。因此，增强汽车的后视能力，对于提高行车安全，减轻司机的劳动强度和心理压力，是十分重要的。如果车辆能适时检测与周围障碍物的距离并给出警告信息，使司机及早采取行动，可避免车辆相撞事故的发生。
随着科学技术的发展，用超声波进行无接触测量得到了广泛的应用。超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播，它具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小，反射能力较强，在恶劣工作环境下具有一定的适应能力等优点。因此可用于液位测量、车辆自动导航[2]等领域。本文介绍一种基于无线数据传输方式的超声波车辆倒车避撞预警系统。
2. 超声波测距原理
发射的超声波遇到障碍物时就会发生反射，反射波可由接收器接收，这样只要测出超声波从发送点到反射回来的时间间隔Δt，然后根据公式（1）即可求出超生波从发射处到障碍物之间的距离。
S=CΔt/2 （1）
式中：S—超生波发射处与障碍物间的距离
C—超声波在介质中的传播速度
由于超声波是一种声波，其声速C受环境温度的影响，关系如式（2），因此使用超生波测量距离时应该采用温度补偿的方法对式（1）中的声速值加以校正。
C=331.4+ 0.61×T （2）
式中：T—环境温度
3. 硬件电路设计
如图1，硬件电路主要由单片机、超声波传感器、温度测量电路、无线收发模块等组成。
系统中单片机均采用ATMEL公司的AT89S51作为核心控制芯片，它与MCS-51的指令和引脚兼容[1]，并且具有ISP在线编程功能，便于系统的设计和调试。
超声波传感器是超声波测距电路中的重要元件,其性能优劣直接影响到测距准确度和可靠性。通常超声波传感器有两类:一类是发射电路和接收电路互相独立的分体式超声波传感器,此类传感器测距有效范围比较大,但不具备防尘、防水性能。另一类是同时具有发射与接收功能的收发一体式超声波传感器，此类超声波测距有效范围比较小,但防尘、防水性能好。该系统选择分体式超声波传感器。
考虑到超声波具有指向性，本系统在汽车尾部左、右两个部位各安装一个超声波传
感器，适当调整安装位置，可准确测量汽
车后部障碍物。

如图1所示，下位机的P1.1、P1.2引脚分别用于控制两路超声波发射，INT0，INT1分别用于两路超声波信号检测，P1.3用于温度检测，串口RXD、TXD分别连接无线收发模块A的输入、输出端。同样，上位机串口RXD、TXD分别连接无线收发模块B的输入、输出端，当接收到下位机发送的测量数据时，下位机进行处理，然后显示测量结果，当车辆离障碍物的距离超过安全警戒线时发出报警信号。
实际安装时，该系统的下位机部分安装在汽车的尾部，上位机部分安装于驾驶室内。
3.1 超声波发射电路
超声波发射电路由超声波换能器（或称超声波振头）和超声波发生器两部分组成，电路如图2所示。系统中，超声波换能器的型号为CSB40T，它将超声波发生器提供的电信号转换为机械振动并发射出去。40KHz的超声波信号是利用NE555时基电路振荡产生的，振荡频率f ≈1.44/((R22+2×R23)×C21)，通过R23调节信号频率，使之与换能器的40KHz固有频率一致。工作时，下位机通过P1.1口定时向超声波发生电路发出控制信号，超声波发生电路产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射。

3.2 超声波接收电路
超声波接收电路采用了集成电路CX20106A，CX20106A是日本索尼公司生产的红外遥控信号接收集成电路，它由前置放大、自动偏压控制、振幅放大、峰值检波和整形电路组成。该集成电路红外发射的频率38KHZ，超声波换能器的固有频率是40KHz，适当设计CX20106A外围电路参数,就可以将其用于超声波的接收放大电路，如图3所示，引脚1为CX20106A信号输入端，引脚2为CX20106A的RC网络连接端，引脚3为CX20106A检波电容连接端，
引脚4为CX20106A的接地端，引脚5为CX20106A带通滤波器中心设置端，引脚6为CX20106A积分电容连接端，引脚7为CX20106A信号输出端，引脚8为CX20106A供电电源端。

工作时，换能器CSB40T将所接收到的微弱声波振动信号转化成为电信号，送给CX20106A的输入端1，当CX20106A接收到信号时，7脚就会输出一个低电平，可用于下位机的中断信号源。当下位机接收到中断信号时，说明检测到了反射回来的超声波，下位机就进入中断状态，开始距离计算，并将计算结果发送给上位机。
3.3温度检测电路
温度检测电路采用DALLS公司的1-WIRE式总线器件DS18B20数字温度传感器，电路连接非常简单，但是必须保证时序与单片机严格同步。DS18B20具有9，10，11，和12位转换精度，未编程时默认精度为12位，测量精度一般为0.5℃，软件处理后可达0.1℃。温度输出以16位符号扩展的二进制数形式提供，低位在先，以0.0625℃/ LSB形式表达，高五位为扩展符号位。转换周期与转换精度设定有关，9位精度时，最大转换时间为93.75ms；12位精度时，最大转化时间为750ms。在本系统中采用默认的12位精度。关于DS18B20的使用方法可参考有关书籍。
3．4 数据无线收发模块
为避免在车内铺设电缆，系统的上位机部分与下位机部分采用无线的方式进行通信。
无线通信模块采用PTR2000，它是收发一体的工作在国际通用数传频段433MHz的无线通信模块，最高传输速率可以达到20Kbit/s，功耗低，待机状态下仅为8μA，可以直接与单片机的串口连接使用。PTR2000的引脚定义如下：TXE是发送控制端；PWR是节能控制端；DI是数据输入端；DO是数据输出端；CS是频道选择端。
硬件连接时，由单片机3个通用I/O口分别控制TXE、PWR、CS，单片机的串口与DI，DO连接。TXE为1时，为发送状态，TXE为0时，为接收状态。状态转换需要5毫秒。PWR为0时，为节电待机状态，此时模块无法进行接收或者发送。
无线通信具有无需布线、便于安装、灵活性强等诸多优点，但是数据在传输过程中难以避免的会产生误码，而且产生误码的几率要远远大于有线网络，并且误码的产生与多方面的因素有关，因此有很大的不确定性。所以必须采用一种差错控制机制，该系统采用停止等待协议来实现差错控制。此外，还采用校验机制以确定何时需要重传，CRC校验码的检错能力很强，它除了能检查出离散传输错误外，还能检查出突发传输错误。考虑到硬件和传输的开销问题，使用CRC16校验码。
PTR2000灵敏性很高，在无载波的情况下在接收端会产生随机的数据，因此需制定传输协议，格式如表1所示。通信协议中，必须在有效数据前加上两个或多个固定的前导字符作为同步信号，使得接收端能够辨别出有效数据的开始。

前导字符采用0xAA、0xAA、0xFF、0x00共4字节，其中前两个字节为同步信号，后两个字节为帧开始标志，接收端只要能够接收到0xAA、0xAA、0xFF与0x00，就可以认为新的一帧开始了。帧类型分为数据帧、有序数据帧、控制命令帧、确认帧等多种帧类型。帧编号为可选项，与帧类型相关，只有帧类型是有序数据帧时才有效。校验为2字节CRC16校验码。帧结束标志：为0x00。
4.软件设计
4.1下位机程序设计
下位机程序主要由数据通信程序、距离计算程序、温度补偿程序等组成。
距离计算程序流程图如图4所示。

温度补偿通常有两种方法：一种方法是每次按照公式C=331.4+ 0.61×T计算当前声速C，进行温度补偿。其特点是：根据当时的温度得到精确声速，从而计算得到的距离值也比较精确，但程序中牵涉到浮点数运算，由微处理器系统实现，难度较大。另一种方法是将温度与声速的对应关系列成温度---声速二维表，固化到系统中。温度补偿时，根据温度---声速表，查取最接近当前温度的那个温度所对应的声速值，此声速值即作为当前声速。其特点是：避开了复杂的浮点运算和浮点运算后各字节的提取操作，这样既保证了一定的精度要求，又可以避免浮点运算。因此本系统采用方法二进行温度补偿。程序流程图略。
4．2 上位机主程序设计
上位机与下位机通信时，上位机按照通信协议格式将开始测量命令发送给下位机，下位机接收到命令后就开始测量汽车离障碍物的距离，然后将测量结果发送给上位机，上位机先判断前导字符来确定是否为有效数据，若是有效数据，则解开封包进行相应操作，否则丢弃该数据包，上位机再按照同样的方式继续发命令、接收数据，直到接收到正确的数据为止。程序流程图如图5所示。

5 结束语
通过对系统硬件电路和软件的合理设计，本系统能在-20℃到50℃之间正常工作，三位数码管以厘米为单位显示距离，能准确判断距离汽车1.5米内的物体并及时报警，提高了汽车倒车的安全性。本文的创新点是在汽车防撞系统中采用了数据无线通信策略，减少了车内布线。
参考文献：
[1]MCS-51系列单片机应用系统设计，何立民，北京航空航天大学出版社，1990年.
[2]高准确度超声波测距仪的研制，赵珂，向瑛等，传感器技术,2003年第2期.
[3]无线通信在嵌入式系统中的应用，曹玲芝，石军等，微计算机信息，2005年第11期

作者简介：
曹玲芝，女，1965年生，硕士，副教授，主要从事远程测控技术研究。
联系方式：郑州轻工业学院电气信息工程学院办公室 邮编 450002
Email: [email protected]
任亚萍，女，1973年生,硕士生,主要从事计算机技术研究.

⑵ 超声波测距仪电路图及各部分的原理

超声波在塑料加工中的应用原理:塑料加工中所用的超声波,现有的几种工作频率有15KHZ,18KHZ,20KHZ,40KHZ.其原理是...2,超声波焊机的组成部分和原理超声波焊接机主要由如下几个部分组成:发生器,气动部分,程序控制部分,换能器部分等.

超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。其系统框图如图1所示。

⑶ 哪位高手帮我解释一下超声波测距中超声波发射电路的工作原理。。。。谢谢

这是交反向器构成的超声波发送电路，作用是将单片机产生的超声波信号，通过这电路加倍反加载的超声波发送头上。其中U2A与
U2B
、
U2C
构成两次反向，U2D、U2E为一次反向，通过两次反向与一次反向后，加载到超声波发送头的电压信号就可达到供电电压值的两位，这样可提高加载到超声波头上的电压，从面提高发射功率，达到提高测量距离的目的。U2B、U2C及U2D、U2E并联后是这了提高
驱动能力
.

⑷ 高手请进！！！关于超声波测距的电路！

先不要着急效果，可以暂时用低频让它工作起来，然后再调节电路参数到达最终目的。另外超声波在空气中衰减很大，假如距离较大，会失效。

⑸ 超声波测距电路的疑惑

不知道你的具体电路，但是，CD4081为四与门电路，因此你说的一路为方波的话，另一路的5V应该是用作方波的使能信号的，最大的可能是你用的PIC单片机不是5V供电，比如3.3V供电，那么输出的高电平不足5V就出现了这样的现象。重点测这个应提供5V的端上的实际电压。

⑹ 超声波测距接收电路的工作原理是什么

TL074是个4运放（这是不得不说的废话）：

运放4/4（12.13.14脚）作为第1级放大，是反向放大，放大倍数大约4.7倍；

运放3/4（8.9.10脚）和2/4（5.6.7脚）应该是带通放大器，也有放大作用，不过2/4（5.6.7脚）这部分电路好像线接错了，需要重新检查一下，或者可参考典型的双运放带通放大电路；

运放1/4（1.2.3脚）我猜是个比较器，当3脚的信号大于1/2电源电压时输出高电平，否则输出低电平，不过TL074可能无法做到轨-轨输出，需要通过Q2转换为TTL电平才能被U1正确识别，另外Q2还能起到一个反相器的作用。

⑺ 超声波测距接收电路，请从基础详细解释它的原理，比如三极管怎么放大它的信号之类的。。

这个电路的原理不复杂，元件作用如下：
三个三极管分别组成三级放大电路。
R40是超声波拾音器，或者叫检测器、传感器，是个压电元件。作用是把超声波变为电信号。
R3是BG2的偏置电阻，作用是给BG2提供偏置电流，让BG2能放大微弱的信号。
R2是BG2的集电极负载电阻，当信号电流流过时，将信号电流转化为电压。也是集电极供电电阻，电源（VCC）通过R3加到BG2的集电极。
C7是耦合电容，作用是把BG2放大后的信号耦合出去，同时隔断BG2集电极的直流，防止BG2与BG3之间相互影响
BG2在R3、R2作用下处于放大状态。
BG3的电路与BG2完全一样。
C8、D5、D6组成倍压检波电路，实际就是整流。作用是把BG3放大输出的交流信号变为直流电压，且得到的是双倍于交流的直流电压。C8还起到隔直流作用。
BG4是末级放大电路，因为送到BG4的信号已较强，所以没有偏置电路，BG4在此应该是作开关应用。
信号流程/工作原理：
当R40收到超声波时，R40将超声波信号变为电压信号，此信号电压加到BG2的基极，BG2将其放大，放大后从集电极输出，经C7耦合到BG3基极，被BG3放大，放大后从集电极输出，被
C8、D5、D6组成的倍压检波电路变为直流电压。双倍于交流信号电压的直流信号电压加到BG3的基极，BG3再放大后由P送往后继电路。
当R40没有收到超声波时，R40没有交流信号输出，BG2处于静态，BG3也处于静态。C8、D5、D6组成的倍压检波电路没有直流电压输出，BG4处于无偏置状态，当然就是处于截止状态，无信号输出。
根据此图原理推测。BG4是以开关方式工作的，当R40检测到超声波时，BG4饱和，C－E之间等于短路，当R40没有检测到超声波时，BG4截止，C－E之间等于开路。

⑻ 想要达到6米的量程，超声波测距发射端需要多大的驱动电压，用什么升压电路

这个要看你用什么样的换能器。用民用的40K那种，100Vpp左右的电压就可以了。用一个中周作升压就可以了。如果用工业的，比如DYA-49-08A，那驱动电压要800Vpp左右。这个就要用一个脉冲变压器。