高精度超声波测距系统

　　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。由于超声波指向性强，能童消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测t，如测距仪和物位测t仪等都可以通过来实现。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测t、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点，检测比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。

　　1超声波传感器

　　1.1超声波发生器

　　为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上可以分为两大类: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。

　　1.2压电式超声波发生器原理

　　是借助压电晶体的谐振来工作，即陶瓷的压电效应。超声波传感器有两块压电晶片和一块共振板。当它的两电极加脉冲信号必发脉冲)，若其频率等于晶片的固有频率时，压电晶片就会发生共振，并带动共振板振动，从而产生超声波。相反，电极间未加电压，则当共振板接收到回波信号时，将压迫两压电晶片振动，从而将机械能转换为电信号，此时的传感器就成了超声波接收器。

　　2超声波测距原理

　　超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限;声波幅值检测法易受反射波的影响。本仪器采用超声波渡越时间检测法。其原理为:枪测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即渡越时间。渡越时间与气体中的声速相乘，就是声波传输的距离。

　　超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到库碍物就立即返回来，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随温度变化，其对应值如表1，根据计时器记录的时间，，就可以计算出发射点距障碍物的距离问，即:S=vrl2a