CN205193278U - 一种基于超声波传感器的自动测距装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超声波传感器的自动测距装置。测距装置包括：超声波发送模块、超声波接收模块、单片机主控制器、显示模块，各部分电路均与单片机主控制器相连接；所述单片机主控制器向超声波发送模块发送高电平信号，触发之后该超声波发送模块自动发送脉冲，超声波接收模块自动检测回波信号，若有回波信号返回，超声波接收模块的I/O口输出一个高电平，高电平持续时间就是从发射到返回的时间；所述显示模块采用3个共阳极LED数码管；所述单片机主控制器的定时器T0用于计时，定时器T1用来扫描数码管；所述单片机主控制器通过检测超声波发送模块的高电平持续时间，计算出被测物体与超声波传感器之间的距离。

Description

一种基于超声波传感器的自动测距装置

技术领域

本实用新型涉及超声波测距领域，尤其涉及一种基于超声波传感器的自动测距装置。

背景技术

常用的距离测量方法有钢尺量距、视距测量、超声波、激光、雷达等。

钢尺量距适用于平坦地区的短距离测距，易受地形限制；视距测量是利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝及视距标尺按几何光学原理测距，这种方法能克服地形障碍，适合于低精度的近距离测量；激光和雷达测距装置价格偏高，不利于广泛的普及应用，在某些应用领域有其局限性。

超声波测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，适合在恶劣环境下进行测距，利用超声波测距具有快速、方便、计算简单、易于实现实时控制等特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求。

发明内容

本实用新型的目的在于，为克服以上技术的缺陷，提供了一种基于超声波传感器的自动测距装置。

为了实现上述技术目的，本实用新型提供了一种超声波传感器的自动测距装置，所述的超声波测距装置包括：超声波发送模块、超声波接收模块、单片机主控制器、显示模块，各部分电路均与单片机主控制器相连接。

所述超声波传感器，用于向测量物体发送超声波信号，用于接收从测量物体返回的超声波信号。

所述超声波发送模块包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，通过单片机的触发，40KHz的超声波是利用LC振荡电路振荡产生的。

所述超声波接收模块包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。

所述单片机主控制器向超声波发送模块发送高电平信号，触发之后该超声波发送模块自动发送脉冲，超声波接收模块自动检测回波信号，若有回波信号返回，超声波接收模块的I/O口输出一个高电平，高电平持续时间就是从发射到返回的时间。

所述单片机主控制器包括：复位电路、时钟电路、电源；复位电路采用手动复位电路；时钟电路由电容C1和C2、12MHz的晶振和单片机内部的一个增益反相放大器组成，C1和C2均取22pF，单片机引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，电源采用+5V的直流电源。

所述显示模块采用3个共阳极LED数码管，利用单片机的I/O口驱动LED数码管的亮灭，由P1口驱动LED的段码显示，由P2口驱动LED的位码显示。

所述单片机主控制器的定时器T0用于计时，定时器T1用来扫描数码管；所述单片机主控制器通过检测超声波发送模块的高电平持续时间，计算出被测物体与超声波传感器之间的距离。

所述单片机软件控制部分包括：系统初始化化模块、发射接收控制模块、运算结果处理模块、数码管显示模块。

所述系统初始化化模块，用于系统刚上电时对系统的各个引脚电平的分配和对各寄存器的初始赋值。

所述发射接收控制模块，单片机通过软件控制超声波发送电路发射超声波。超声波脉冲转换成的电信号启动定时器工作，同时启动接收电路工作，当接收电路有信号输入时，对输入信号进行处理。

所述运算结果处理模块，单片机将所测的时间利用公式计算出距离。

所述数码管显示模块，单片机将计算出的距离值显示在数码管上。

与现有技术相比，本实用新型的技术优势在于，本实用新型中的超声波测距具有采用非接触式的测量方式，具有测量精度高、稳定性高、电路简单、易于程序控制的优点。

附图说明

图1为本实用新型基于超声波传感器的自动测距装置的原理框图；

图2为本实用新型超声波模块时序图；

图3为本实用新型超声波模块发射电路原理图；

图4为本实用新型超声波模块接收电路原理图；

图5为本实用新型单片机软件控制部分的主流程图。

具体实施方式

在图1所示的实施例中，其为本实用新型基于超声波传感器的自动测距装置的原理框图，本实用新型超声波测距装置包括：超声波发送模块、超声波接收模块、单片机主控制器、显示模块，各部分电路均与单片机主控制器相连接。

本实用新型单片机主控制器采用AT89S52，具有8K在系统可编程Flash存储器，256字节RAM，32位I/O口线，3个16位定时/计数器，片内具有晶振电路、时钟电路，晶振采用高稳定度的12MHz晶振，一个机器周期为1us，定时器的数值加1时，实际经过的时间是1us。

单片机用P0.0端口为超声波发射端提供至少10us的高电平去触发超声波模块发出40KHz的脉冲，超声波模块的接收端会自动检测有无回波，当有回波时，接收端会将电信号通过P0.1端口发送给单片机。

超声波发送模块发射出方波之后，超声波的接收端等待高电平的到来，当检测到高电平信号时，定时器/计数器0(T0)开始计时，直到高电平变为低电平时停止计时。

所述显示电路采用3个LED数码管实现测量值的显示。

超声波的测距原理：超声波在空气中的传播速度为340m/s(实际速度为344m/s)，根据计时器记录的时间T(单位为s)，就可以计算出发射点距被测物体的距离S(单位为m)。计算公式为：S＝340*T/2。

在图2所示的实施例中，为本实用新型超声波模块时序图，采用I/O口触发测距，给至少10us的高电平信号；触发之后该模块自动发送8个40KHz的脉冲，接收端自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过I/O口输出一个高电平，高电平持续时间就是从发射到返回的时间。

单片机给超声波模块发送一个10us以上的脉冲触发信号，超声波模块内部将发出8个40KHz周期电平并检测回波，若检测到有回波信号则输出回响信号，回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比，通过发射信号到回响信号的时间间隔可以计算出检测距离，测量周期应为60ms以上，防止发射信号对回响信号的影响。

在图3所示的实施例中，其为本实用新型超声波模块发射电路原理图，超声波发送模块包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，通过单片机的触发，40KHz的超声波是利用LC振荡电路产生的。振荡频率计算式如下：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}$

其中L＝6.8mH，C＝2200pF，计算结果f约等于40KHz。

在图4所示的实施例中，其为本实用新型超声波模块接收电路原理图，超声波接收模块包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分，超声波探头频率要与发射探头的频率一致，接收探头将超声波调制脉冲变为交变电压信号，因为设计所需要的仅是40KHz的信号，选用选频放大电路，它可使一定频率的信号通过并放大，而其他频率的信号将被阻断或衰减，把选频放大电路工作的中心频率设定为40KHz，可以把其他频率的干扰信号清除或衰减，同时把40KHz的回波信号进行放大。

在图5所示的实施例中，其为本实用新型单片机软件控制部分的主流程图，包括系统初始化、计算距离子程序、中断程序。

系统初始化是系统上电时对系统的各个引脚的电平分配和对各寄存器的初始赋值。

计算距离子程序是取定时器T0中的值，利用公式S＝(定时器T0的值-T0初值)*1.7/100(单位是cm)。

中断程序包括T0中断、T1中断，定时器T0用于计时，执行该中断程序时主要是判断T0是否溢出，T1用来扫描数码管和计时800ms启动超声波发射模块。

本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于超声波传感器的自动测距装置，其特征在于，其包括超声波发送模块、超声波接收模块、单片机主控制器、显示模块，各部分电路均与单片机主控制器相连接；所述的超声波发送模块包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，通过单片机的触发，40KHz的超声波是利用LC振荡电路振荡产生的；所述超声波接收模块包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分；所述的单片机主控制器包括：复位电路、时钟电路、电源，复位电路采用手动复位电路，时钟电路由电容C1和C2、12MHz的晶振和单片机内部的一个增益反相放大器组成，C1和C2均取22pF，单片机引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，电源采用+5V的直流电源；所述显示模块采用3个共阳极LED数码管，利用单片机的I/O口驱动LED数码管的亮灭，由P1口驱动LED的段码显示，由P2口驱动LED的位码显示。

2.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的自动测距装置，其特征在于，单片机主控制器向超声波发送模块发送高电平信号，触发之后该超声波发送模块自动发送脉冲，超声波接收模块自动检测回波信号，若有回波信号返回，超声波接收模块的I/O口输出一个高电平，高电平持续时间就是从发射到返回的时间；所述单片机主控制器通过检测超声波发送模块的高电平持续时间，计算出被测物体与超声波传感器之间的距离。

3.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的自动测距装置，其特征在于，单片机主控制器的定时器T0用于计时，定时器T1用来扫描数码管。