时辰：2022-10-22 21:48:01
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超声波是指振动频次大于20KHz以上的,人在天然情况下没法听到和感触感染到的声波。超声波的波长比普通声波要短,具备较好的标的目标性,能量耗损迟缓,在介质中传布的间隔较远,是以超声波常常常操纵于间隔的丈量。本文超声波测距体系选用了600系列智能传感器——615088超声波传感器,温度传感器——DS18B20,微处置器接纳了ATMEL公司的AT89C52。本文对此超声波测距体系遏制了阐发与先容。
1、超声波测距道理
超声波测距的道理是操纵超声波在氛围中的传布速率为已知,丈量声波在发射后碰着妨碍物反射返来的时辰,按照发射和领受的时辰计较动身射点到妨碍物的现实间隔。测距的公式表现为“L=C×T”,公式中L为丈量的间隔长度;C为超声波在氛围中的传布速率;T为丈量间隔传布的时辰差（T为发射到领受时辰数值的一半）。
2、超声波测距误差阐发
从测距公式L=C×T中看出超声波测距的误差由超声波的通报速率和超声波的通报时辰激起的。在氛围中的通报速率跟着温度的回升而加速,超声波在氛围中传布速率与温度的变更干系公式表现为“C＝C0＋0.607T”,C的单位是m/s;C0是指零度时的声波速率331.4m/s;T是指现实温度值,单位是℃。在超声波传布速率切确的前提下,丈量间隔的传布时辰差只要到达微秒级,就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够保障测距误差小于1mm。操纵AT89C52单片机外接晶振频次为12M时,AT89C52单片机的计数器可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许便利的计数到1奥妙的精度,如许就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够保障时辰误差在1mm内。经由进程阐发超声波测距误差发生的缘由,进步丈量时辰差到微秒级,和用DS18B20温度传感器遏制超声波传布速率的弥补后,设想的高精度超声波测距体系就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够到达毫米级的丈量精度。
3、超声波传感器
615088超声波传感器是基于超活络的6500测距模块板的加强型600系列50KHz静电传感器,波束角度15°,测距规模15cm～10.7m,该传感器是集发送与领受为一体的超声波传感器,设想松散,最小的内部布局以便利毗连。615088超声波传感器的简图见图1。
图1 615088传感器简图
图1中J1配线信息:
Pin1——VCC:供电电压＋6V～30VDC,具备100mA电流才能的节制电源,传输进程中具备2A的短脉冲串才能。
Pin2——大众端
Pin3——Echo输入:当领遭到回波旌旗灯号时转变状况。
Pin4——Qsc输入:内部49.4KHz晶振器输入。
注重:只要当INIT旌旗灯号（Pin5）是高电日常平凡该脚输入。
Pin5——INIT输入:当从低到高的变更时初始化一个传输、领受周期。方针探测时代旌旗灯号必须坚持高电平。
Pin6——BINH输入:高电日常平凡可遏制多方针探测。
Pin7——BLNK输入:当收回一个旌旗灯号后,输入旌旗灯号为高电日常平凡重置领受器的阀门,如许可遏制多回波探测,普通情况下与Pin2脚可毗连也可不毗连。
可编程跳线——跳线装配后内部5Hz频频次,消弭内部INIT输入。
615088超声波传感器外面有一个圆形的薄片,在其面前有一个铝制的后板,两者组成了一个电容器,当给薄片加上为49.9KHz、电压为300AVC pk-pk的方波电压时,薄片以一样频次震撼,从而发生49.9KHz频次的超声波。当领受回波时,传感器内有一调谐电路,使得只要频次靠近49.9KHz的旌旗灯号才能被领受,而别的频次的旌旗灯号被滤掉。超声波传感器加电后,INIT旌旗灯号由低电平变高电平前必须最少颠末5毫秒,在此时代,一切内部电路被重置、内部振荡器不变。当INIT输入低电平变为高电平后启动传感器收回一串超声波束,只要待发射竣事后才能领受被检测物反射回的回波。超声波存在固有的阻尼振荡（振幅慢慢变小的振荡）,也便是说传感器发射竣事后还留有必然余震,一样可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许发生振荡旌旗灯号,侵扰了体系领受前往旌旗灯号的任务。若是要削减阻尼振荡时辰,那末要在INIT启动传感器发射超声波波束后2.38毫秒再将BINH输入低电平变为高电平,如许启动体系遏制回波的领受就不会遭到影响。INIT变成高电安然平静Echo输入变成高电平之间的时辰同传感器与丈量方针之间的间隔成比例的。若是须要,当筹办下一次从头发射一串超声波的时辰可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许前往一个低电平的INIT而后再使它变为高电平,如许就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够使周期频频。
4、温度传感器
为了进步测距的精度,斟酌到超声波在氛围中的传布速率与温度的变更干系,设想接纳DS18B20数字温度传感器对温度遏制弥补。DS18B20是单线接口,仅需一根旌旗灯号线与CPU遏制通信;通报串行数据,不须要内部器件;可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许间接以9位的数字量读出;温度数字量转换时辰200ms（典范值）;丈量温度规模从－55℃～＋125℃,精度±5℃。DS18B20温度传感器的引脚摆列见图2。
引脚申明:
GND——大众端口,接地。
DO——数据端口I/O
VDD——电源端口,接＋5V
图2 DS18B20引脚摆列图
5、AT89C52单片机
本体系接纳AT89C52对615088超声波传感器、DS18B20温度传感器的节制来完成测距模块体系。超声波测距模块电路见图3。
图3 超声波测距模块电路图
经由进程对石英晶振分频发生172.8KHz的计数脉冲。AT89C52单片机经由进程引脚P1.0来节制超声波的发送,而后单片机不停检测INT0引脚,当INT0引脚由高电平变为低电日常平凡以为超声波已前往。计数器遏制计数,计数器的所计的数据便是超声波所履历的时辰;DS18B20温度传感器检测呈现实温度值,经由进程换算就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够取得传输之间的间隔。
6、体系软件设想
体系法式流程由主法式、按时辰断子法式和内部间断子法式组成,详细流程以下:
(1)主法式:
(2)按时辰断办事子法式:
按时器间断进口按时器初始化发射超声波启动计数器,起头计数提早2.38ms开启内部间断前往
(3)内部间断子法式:
内部间断进口关内部间断,封闭计数器读取计数器数值温度弥补计较间隔开内部间断前往
任务时,AT89C52单片机把P1.0由低电平置成高电平,启动超声波传感器发射超声波,同时启动内部按时器T0起头计时。本体系接纳的615088超声波传感器是收发一体的,在发射完一串超声波后还存在阻尼振荡,是以在启动发射旌旗灯号后提早2.38ms才可以或许或许或许或许或许或许或许或许检测前往旌旗灯号,如许就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够防止余震的搅扰。超声波旌旗灯号打仗到被测物时旌旗灯号当即前往,微处置器不停的扫描INT0引脚,若是INT0领受的旌旗灯号由低电平变为高电平,则标明超声波传感器领遭到了前往波,微处置器进入间断封闭计数器,读取计数器的数值。经由进程温度传感器收罗现实数据对超声波传布速率的弥补,同计数器中数值一路颠末换算就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够得出超声波传感器与被测物之间的间隔。
7、结语
因为超声波易于定向发射、强度可控、与被丈量物无需间接打仗的长处,是作为丈量间隔的抱负手腕。本文先容的接纳AT89C52单片机微处置器、615088超声波传感器测距和DS18B20数字温度传感器温度弥补遏制间隔的丈量硬件电路简略,电路建造便利、靠得住,本钱经济,测得的数据精度高,误差小。
参考文献
超声波是一种弹性波，它具备X射线和光波和磁波等诸多波线所不具备的功效特色，恰是基于超声波的操纵矫捷性与手艺请求性高等特色，人们将其制成超声波传感器遏制财产现实与操纵。
一、超声波传感器概略
1.1超声波及其道理
物体机械振动状况的传布情势便是声波，而超声波首要是指声波频次在20000Hz以上的声波情势。因为这类声波每秒钟的振动频次较高，是以大大超越了人耳所能蒙受的听觉规模。超声波按照其在机械振荡进程中的差别表现情势，可将其分为纵向与横向两种振荡波[1]。而在我国现阶段的财产现实中，首要操纵的是纵向振荡波，与可听声波比拟，超声波具备怪异的传布特色，其衍射才能较强，并且在平均的传布介质中可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许遏制直线传布。普通情况下，在划一强度前提下，声波的频次与功率具备正相干性，声波频次越大，其传波的功率就越大。因为超声波要比普通声波频次更大，以是其在运行传布时的功率也较大。因为超声波具备诸多长处，是以在差别情况下取得了遍及操纵与现实。
1.2超声波传感器的特色
超声波传感器是操纵超声波的上述长处研制而成的一种数字传感器，以超声手艺为焦点、超声传感装配为载体，遏制超声波传输与领受。凡是情况下，超声波传感器又称为超声换能器及超声探头。超声波探头首要由压电晶片组成，其岂但可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许领受超声波，并且可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许发射超声波。是以在超声探头中，焦点运作组件便是其塑料外衣或金属外衣中的一块压电晶片。这类压电晶片经由进程具备磁致伸缩感化的镍铁铝合金资料与具备电致伸缩感化的压电晶片资料制成。接纳压电晶体资料组成的超声波传感器是具备可逆功效的一种数字化传感器，在其运行进程中可将机械装备的电能转化为机械能，从而在差别能量转化进程中发生超声波。与此同时，超声波传感器可领受超声波，从而将机械能转化为电能[2]。是以，按照超声波传感器的现实任务运行道理，可将其分为超声波领受器与超声波传输器。
二、超声波传感器的详细操纵阐发
起首，超声波传感器可在远间隔传输进程中取得操纵。经由进程上述阐发可知，超声波传感器首要由处置单位模块及超声换能单位模块、输入单位模块所组成。在详细操纵进程中，处置单位模块可对超声换能器遏制电压鼓励，从而使颠末鼓励后的电压以脉冲情势收回电磁波。随之，超声换能器转入领受状况，处置单位模块对领遭到的超声波脉冲遏制迷信阐发，以此判定其领遭到的旌旗灯号是不是是超声波的反响[3]。若是颠末核实，其所领遭到的旌旗灯号是超声波反响，则对超声波的声波传输时辰遏制丈量阐发，按照旅程测算功效，对反超声波的旅程时辰遏制测算阐发。在详细操纵进程中，可将超声波传感装配装配于恰当地位，并对被测物体变更标的目标发射的超声波遏制阐发，便可丈量物体外表与超声波传感器之间的现实间隔。
其次，超声波传感器可在医学范畴遏制遍及操纵。今朝，超声波在医学范畴中的现实操纵，首要表现在患者临床疾病诊断方面。跟着这项手艺不时成熟，超声波传感器诊断已成为我国现阶段医学范畴中的一种首要诊断体例。在现实操纵进程中，操纵超声波遏制疾病诊断的首要长处是受检者无较着的疾病疾苦，并且现实操纵进程很是简略、无损害、无创伤，诊断进程中有较为清楚的显像，出格是诊断切确率较高。
别的，超声传感器在丈量液位中具备首要感化。在液位丈量进程中，超声波的操纵道理是，经由进程超声波探头收回超声脉冲旌旗灯号，其在氛围中遏制遍及传布。当传布进程中碰着氛围与液面今后，就会被被测液体的液面反射返来，此时手艺丈量职员可按照反射回的旌旗灯号测算时辰与间隔，从而取得液面现实高度。在液面丈量中，超声波传感器丈量手艺属于非打仗式丈量，是以丈量进程中电磁搅扰小、不易遭到安慰性液体侵蚀，且丈量功效不变，装备操纵寿命较长。
除此以外，超声波传感器可在测距体系中取得操纵现实。接纳超声波传感器遏制间隔测算，岂但可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许迷信丈量装备输入脉冲的宽度，并且可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许丈量脉冲波的详细运行时辰。是以，丈量精度较高，并可对丈量功效与丈量进程遏制批改。
竣事语：综上所述，超声波传布标的目标性较好，是以可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许集合遏制传布；同时，超声波的传布顺应才能较强，其可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在差别传布前言中遏制迷信传布，并且可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成远间隔传布；再者，超声波与传声前言的彼此感化适中，并且在传波进程中轻易照顾有关传声前言状况的信息。是以，基于上述操纵长处，其在我国诸多手艺范畴已取得遍及操纵与现实。
参 考 文 献
伴跟着我国烟草建造行业的不时成长进步，香烟产物的品牌合作不时加重，香烟产物的包装也随之不时立异。好的烟草包装不只能表现出烟草品牌的内在与文明，也为烟草品牌的扩大成长供应了撑持。国际外学者相干研讨标明了今后香烟厂商同香烟破费者两者之间不异交换的渠道显现出愈来愈少的趋向，在厂商破费者贫乏充足不异交换的情况下香烟包装对塑造烟草品牌的首要性就显而易见了，出格是对新兴烟草厂商来讲鼎力奉行牌号计谋，为企业的烟草产物设想并包装下品位高真个外包装更是摆荡老牌烟草企业霸主地位的利器。而老牌烟草企业在烟草包装的合作中也不逞强，老牌烟草厂家业不时睁开烟草产物包装的设想研讨，同时不时增添包装机装备的维修、改革与更新投入。客观下去讲，我国烟草产物从手艺主导走向品牌、牌号、包装主导是烟草行业全体营销水平进步的表现，也是烟草产物企业迈进品牌主导市场阶段的必经之路。
一、我国烟草包装机操纵的近况
我国的烟草包装财产起步于20世纪中期，自鼎新开放今后更取得了疾速成长，慢慢成立并组成了包罗烟草包装资料、烟草包装工艺和烟草包装机械一系列出产关头在内的完整而自力的烟草包装财产体系。据相干行业查询拜访阐颁发明，包装机械的操纵最为遍及的行业顺次为食物财产、饮料财产、家庭用品与化装品财产、医疗用品和烟草业。详细来讲，烟草财产作为我国包装机械的最大操纵行业之一，几近一切的包装机机型、机种均在烟草产物的包装中取得了操纵。恰是因为我国烟草财产每年推出不计其数种新型产物，从而加速了包装机械的更新换代，是以我国烟草厂商所须要的烟草包装机械须要速率一向处于抢先地位。烟草产物包装财产日月牙异的成长情况迫使烟草厂商不时加大烟草产物包装的推陈出新，也让厂商面对烟草包装机维点窜革的现实题目。
二、超声波传感器在烟草包装机维点窜革中的操纵
烟草行业初期包装机维点窜革大多接纳的是电容式传感器来检测胶位，最近几年来跟着微电子手艺的成长出格是超声波传感器的问世，烟草行业包装机慢慢起头进步操纵超声波传感器来检测胶位，从而大大进步了包装机维点窜革功效的不变、靠得住。超声波传感器是基于超声波传导的特点而研制的传感器。超声波同普通声波比拟具备更短的波长，是以具备更好的标的目标性，因为超声波能发生一种振动频次比声波更强的机械波，这类机械波是经由进程换能晶片在电压的鼓励下发生振动激起的，这类机械波具备高频次、短波长和发生绕射景象频次低的特点，出格是具备标的目标性好、可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许成为射线从而定向传布的特色。加倍可贵的是，超声波可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许透过通明不通明物资，出格是对液体、固体穿透的身手出格大，研讨标明超声波在阳光下对不通明的固体穿透尝试中，超声波可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许穿透达几十米的穿透深度。[1]
Baumer超声波传感器是紧密传感器的代表，较同类传感器而言Baumer超声波传感器在出产的精度、靠得住性、不变性方面具备别的超声波传感器没法比拟的上风。曩昔因为超声波手艺成长前提的限定，良多超声波手艺因为没法深切的探测到物体构造的内部而遭到了质疑，而Baumer超声波传感器的呈现带来了手艺上的改革从而转变了这类状况。在未来的超声波传感器在烟草包装机维点窜革的操纵现实中，超声波手艺将连系信息手艺和新资料手艺，从而研讨出更多的具备高智能化、超活络度特色的超声波传感器。
Baumer超声波物位计丈量手艺的检测道理：Baumer超声波物位计丈量手艺操纵了超声波传导的声学特点，即在必然的前提下超声波在氛围中传布的速率的动摇是很小的，以是可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许经由进程计较丈量超声波从发射探头传布至须要查验料位外表并前往到发射探头所用的时辰，来求得发射探头到须要查验的料位的间隔，再用总高来减去这个丈量间隔就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够取得现实料位值。也便是：
上述公式中，H表现零料位到探头的间隔长度；h为料位的外表到发射探头的间隔长度；T表现时辰；C0表现零摄氏度时超声波在氛围中发射传布的速率；α则表现超声波运行速率的温度系数；t表现温度。
最近几年来，烟草出产厂商不时引进操纵于高速包装机检测的小盒胶缸胶位检测手艺，该检测接纳了瑞士Baumer公司出产的UNDK 30U611.3/S14型号的超声波传感器，大大进步了烟草包装机维点窜革效力，Baumer超声波传感器的节制进程是如许的：超声波传感器检测输入值经由进程压频转换器送给CPU，CPU经由进程逻辑运算把收罗到的现实值与软件内部设定值遏制，而后决议是不是起头对胶泵注胶，和注胶到甚么地位遏制，和决议超越凹凸限是不是主动报警停机等，同时CPU不时比拟超声波今后输入值是不是在“胶泵注胶上限值”和“胶泵注胶上限值”之间，不然会报警并提示“胶位读取不调和”毛病。[2]
Baumer超声波传感器的设定及调剂
（1）该传感器设定体例有两种：一是0～10V，二是10～0V，这里操纵的是0～10V任务体例（由软件编程主动挑选）。
（2）拔下Baumer传感器电源插头，从头接上电源插头以规复出厂设置，按下Teach-in按键2秒钟，双色LED灯起头收回黄色或红色灯光时则可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许开释按键。
（3）取一张盒皮正面朝下，压住弹簧以使盒皮反面最大限制靠近传感器，接着按下Teach-in按键（设定为0V）。
（4） 将盒皮反面安排在胶缸的导轨上，接着按Teach-in按键（设定为10V）。
（5）当2个LED亮灯延续时辰大于2秒钟，表现按下Teach-in进程竣事。
（6）软件参数调试：粘胶水平抱负水平可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许设定为5000mV凹凸，粘胶水平最低临界值可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许设置为5500mV凹凸，粘胶水平的最高临界值可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许设置在4500mV凹凸；最好位的变更普通设置为50～100mV；胶位误差与涂胶器靠近值普通设置为500～1000mV。
三、论断
因为曩昔我国烟草建造商在烟草包装机维点窜革任务中贫乏迷信松散的构造体系和办理手腕，常常组成烟草包装机维点窜革工期太长，工程品德也没法取得保障，必然水平上对烟草建造商的经济效益发生影响。为了转变这类状况咱们操纵古代迷信手艺在香烟包装机大补缀工程中奉行Baumer超声波传感器检测手艺。现实标明，Baumer超声波传感器是维修任务中实行统筹和节制，延长维修工期，使烟草包装机组可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许早日投入出产，是进步企业经济效益的有用手腕。同惯例检测体例比拟它的智能化更高，手艺更进步前辈，不变性更好，操纵体例简略易行，能带给用户极大的便利。
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009－2374(2009)12－0032－02
一、智能型超声波传感器简介
跟着迷信手艺的成长，超声波手艺比拟成熟，已遍及操纵于浩繁范畴的无损检测和无损探伤。超声波液位传感器为非打仗式丈量仪器，已用于煤油化工、水利水电、农田浇灌、情况检测和自来水厂、污水处置厂等浩繁局部的液位、水位的丈量。
日前，在煤油化工及修建等域内常常操纵的液位传感器有：扭转编码式传感器(机械式)、磁浮子接点式传感器、压电式传感器、非打仗式传感器，其分辩率从毫米级到厘米级，丈量规模从几十厘米到几十米。除磁浮子接点式传感器外，其余传感器均比拟合适丈量规模较宽的操纵场所。普通压力式和超声波传感器均带有变送器，将液位旌旗灯号转变成规范的电流旌旗灯号(4～20mA)。扭转编码式传感器分为机械式和光电式两种，这类传感器输入凡是为并行二进制码、串行二进制码或脉冲旌旗灯号。除智能型一体化传感器(压力式或超声波)外，普通不当场显现和数字通信功效。在这些传感器中，超声波液位传感器是一种非打仗式的丈量仪器，在丈量进程中无任何部件涉及被测物资，以是不管液面是活动、动摇或是有漂泊物和有化学反映等都有操纵，且与被测介质的压力、温度、密度、侵蚀性有关，顺应规模广，可用于财产质料液位、河面水位等的丈量。比拟拟各类丈量体例，超声波丈量体例有良多别的体例无可比拟的长处，该液位计本钱低，机能不变，丈量精度高，换能器寿命长，操纵便利，长短打仗丈量的抱负仪器。
其特色以下：
1 丈量精度高。
2 呼合时辰短可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许便利的完成无滞后的实时丈量。
3 非打仗丈量，机能不变靠得住，对液体的物理化学性子的顺应性极强，不怕酸碱等强侵蚀性液体等。
智能型超声波液位传感器是在超声波液位传感器的底子上，操纵微处置器作为节制焦点而研制开辟的，具备传统超声波传感器所不具备的特色：
1 丈量精度高。丈量精度取决于智能传感器节制芯片的计数频次，经由进程点窜计数频次可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许点窜丈量的精度，别的，传感器的丈量精度与温度有间接的干系，该智能型超声波传感器可遏制温度弥补，进步了丈量的精度。
2 具备诊断功效。可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许设定超声波在1秒钟领受有用收受接管次数，若未收到该次数的有用回波，以为领受或发送体系很是，给出很是信息。
3 具备计较、弥补功效。接纳必然的算法，将各次丈量的功效排序，取中心的一些数值，求其平均值，并将温度值遏制弥补计较。
4 具备壮大的通信功效。液位信息为数字量，将数字量转变成4～20mA摹拟量输入，摹拟电流量无益于传输，抗搅扰才能强；将液位信息经由进程异步串行通信传给上位机；以太网数据传输，完成远间隔传输液位信息。
综上所述，智能型超声波传感器是将单片机、嵌入式体系引入仪表，开收回的智能型传感器，它冲破了传统传感器的单一功效，具备主动丈量、高精度、功效扩大轻易、与内部通信壮大的功效，完整能顺应财产节制体系的收集化、集成化、智能化成长的请求。
二、智能型超声波传感器的首要布局
(一)硬件组成
智能型超声波传感器首要由液位信息收罗电路、节制单位、键盘输入接口电路、LCD显现接口电路及与内部通信接口电路五局部组成。其布局道理如图1所示：
1 液位信息收罗电路包罗超声波发射和领受电路、温度传感器。此中温度传感器嵌入在微处置器内。
超声波发射电路首要由微分电路和驱动电路组成。CPU收回的脉冲旌旗灯号经微分电路变成规范的脉冲旌旗灯号，而后经由进程可控硅去节制600V的高压，组成高压脉冲。高压脉冲驱动超声波探头，探头把电能转换成机械能，发生超声波。超声波脉冲旌旗灯号领受电路包罗领受旌旗灯号的限幅、缩小、比拟、单稳态触发等关头，组成一个窄脉冲旌旗灯号。超声波传布速率受温度的影响，切确的丈量须要温度弥补。在MSP430内嵌入温度传感器，操纵内部热敏二极管丈量温度。MSP430温度传感器所测电压v和现实温度T的干系：
V=0.00355×T+0.986
MSP430的ADC12内核是一个12位的模数转换器，能将功效寄存在存储器中。该内核操纵两个可编程的参考电压(VR+和vR-)界说转换的最大值和最小值。输入摹拟电压的转换功效NADC知足公式：
NADC=4096×(Vin-VR-)／(VR+-VR-)
MSP430具备ADC12内嵌温度传感器，若设置ADC12的内部参考电压为2.5V，输入摹拟电压的转换功效NADC知足公式：
NADC=4096×T／2.5
2 节制单位：MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年推向市场的超低功耗的夹杂旌旗灯号处置器。该系列单片机具备16位CPU经由进程总线毗连到存储器和模块，间接嵌入仿真处置，具备JTAG接口，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许下降功耗，下降噪声对存储器存取的影响。MSP430系列单片机包罗以下首要功效部件：
(1)CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处置器根基不异，只是在设想上接纳了面向节制的布局和指令体系。MSP430的内核CPU布局是按照精简指令集和高通明的主旨设想的，操纵的指令有硬件履行的内核指令和基于现有硬件布局的仿真指令。如许可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许进步指令履行速率和效力，加强了MSP430的实时处置才能。
(2)存储器：存储法式、数据和模块的运行节制信息，有法式存储器和数据存储器。对法式存储器拜候是以字情势，而对数据可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许用字和字节体例拜候。此中MSP430系列单片机的法式存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。
(3)模块：经MAB、MDB、间断办事及请求线与CPU相连。
3 键盘输入接口电路和LCD显现接口电路组成人机交互接口电路，智能型传感器凡是都有液晶显现和手动操纵按钮，LCD显现器显现液位数据信息，按键输入用来挑选任务情势。
4 与内部通信接口电路首要包罗三种通信体例，即4～20mA电流环接口、异步串行通信接口、以太网数据传输接口电路。
(1)4～20mA电流环：在请求智能传感器具备高精度的电流变送请求时，低功率、高精度的元器件的选用是研制智能传 感器不可贫乏的一局部，普通情况下选用高机能数模转换器AD421。操纵AD421将液位信息转变成4～20mA的摹拟量。
(2)RS－232串行通信：串行通信只要较少的端口就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够完成单片机和Pc机的通信。串行通信由两种体例：异步情势和同步情势。MSP430F44X系列都有USAHT模块来完成串行通信，操纵MSP430F449的USART0模块经由进程RS-232串口来领受或发射数据。
(3)以太网数据传输：嵌入式以太网可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许经由进程Ethemet将信息传输间隔无穷扩大，而基于底层的以太网和谈是由以太网节制器来完成的。
(二)软件组成
智能型超声波液位传感器法式由三局部组成：收罗液位信息法式，发射与领受超声波，丈量今后温度，计较液位值；人机交互法式，包罗按键处置法式和液晶显现法式；与内部通信法式，包罗异步串行通信法式、4～20mA两线制电流变送法式和以太网数据传输法式。该软件体系设置了三种任务情势，由按键挑选并激起间断，进入差别的任务情势，完成呼应的功效。本体系设置3种任务情势：若按键normal按下，进入normal任务情势；若按键web按下，进入web任务情势；若按键AD eoDvert按下，进入AD eonvert情势。软件流程框图以下：
1 normal任务情势。收罗液位信息，将液位值由液晶显现，接纳异步串行通信体例向上位机通报数据。
2 web任务情势。收罗液位信息，将液位值由液晶显现，以太网传输数据。
3 ADconvert情势。收罗液位信息，将液位值液晶显现，4～20mA电流环向上位通报信息。
主法式不是无遏制的轮回，凡是处于休眠状况。由按键触发间断，进入间断处置法式，间断处置终了后再次进入休眠状况。
中图分类号：TB486 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0026-01
1 弁言
在香烟包装出产进程中，胶位节制体系一向是搅扰出产效力进步的首要关头。今朝，烟草企业的包装装备中首要机型为GD包装机，该机型胶位检测传感器设想为电容传感器，是开关量输入情势，机械在出产进程中受情况身分影响偶然会呈现误举措，严重影响产物资量和机械的出产效力。
2 体系道理
超声波可在差别介质中以差别的速率传布的特点，超声波具备定向性好，能量集合，在传输进程中衰减小，反射才能较强等特色。对胶位节制体系的遏制新型设想，接纳超声波传感器元件，超声波传感器可遍及操纵于非打仗式检测，不受光芒，被测物色彩等的影响，它不只可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许定点和延续测胶位，这类特点对胶位检测不受出产情况身分搅扰很是无益。与其余测位手艺比拟拟，它不须要出格防护，装配维修较便利，并且布局体例都较简略，经济效益明显。胶位节制设想接纳超声波液位丈量手艺，操纵超声波脉冲回波体例，由发射传感器收回超声波脉冲，传到液面经反射后前往领受传感器，测出超声波脉冲从发射到接管所需的时辰，按照前言中的声速，就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够取得从传感器到液面之间的间隔，从而切确测定胶位高度。
3 胶位节制计划
3.1 体系的设想
因为超声波指向性强，能量耗损迟缓，在介质中传布的间隔较远，是以超声波常常常操纵于间隔的丈量。操纵超声波检测间隔，设想比拟便利，计较处置也较简略，并且在丈量精度方面也能到达操纵请求。另外一方面在任务中，超声波传感器有着优胜的抗搅扰性与任务的不变性，故挑选超声波传感器取代原装备的电容传感器遏制丈量物体间的间隔。
在数据处置方面，本文设想接纳PLC作为节制器（如图1示，体系软件设想的总框图），针对超声波传感器的丈量功效遏制处置，用触摸屏遏制显现和设定。超声波传感器的输入旌旗灯号是0―10V，接入PLC的摹拟量输入模块中经处置转换为液面高度显现在人机界面上。
3.2 体系的节制
体系的节制首要完成显现液面高度、设定报警区间和注胶时辰功效节制情势（如图2示，体系节制情势）。区间设定是按照现实情况设定，保障涂胶量合适出产工艺请求，经由进程液面高度和注胶高度的比拟来判定是不是注胶，液面高度情况还能反映元器件是不是破坏。超声波传感器的丈量功效可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成供胶的闭关头制，随机械速率的变更节制增添与削减供胶量，胶位液面可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许设定凹凸位报警功效，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成以数字的情势显现丈量间隔。
3.3 元件的x择
体系设想接纳UNDK系列超声波传感器，这范例传感器检测规模为30―250mm，分辩率小于0.3mm，声波频次为300KHZ，呼合时辰小于50ms。其参数根基特色合适设想请求，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许到达节制的精度和请求。
4 结语
DOI：10.15938/j.jhust.2016.04.009
中图分类号：TP274.5
文献标记码：A
文章编号：1007-2683（2016）04-0045-05
0弁言
最近几年来，因为超声波检测手艺操纵在风速丈量中，相较于机械式、热式等丈量体例非打仗，无磨损，丈量速率快精度高，掩护本钱高等使研讨操纵超声波遏制风速丈量成了一个较为热点的课题现阶段外洋对该手艺的研讨已较为深切，而国际在研讨将超声波用于风速丈量标的目标上正处于疾速成长阶段，国际对操纵超声波对一维或二维风速的现实研讨功效较多，而对三维风速丈量的现实研讨功效较少，同时，现有的研讨接纳超声波测风速现实均接纳时差法，因为该体例须要用间歇式脉冲来驱动超声波传感器，是以时差法防止不了超声波传感器本身存在的起振余振的题目，固然有良多这方面的研讨，但这些研讨较多依靠于DSP及CPLD等高速器件，且没能从底子上处置题目，针对时差法的题目，本文研讨了一种基于相位差的超声波三维风速丈量体例，该体例接纳延续驱动超声波传感器的体例，防止了超声波传感器本身存在起振余振的题目且电路本钱较低，无需高速器件便可完成对风速疾速、切确丈量，
1.相位差超声波三维风速丈量根基
道理
超声波三维风速丈量手艺基于向量空间投影阐发法，接纳此手艺的重点是切确取得声波上承载的流体信息和向量的空间分化与分解，超声波时差法测风速根基道理是经由进程丈量划一声程下超声波脉冲顺风和顺风传布时辰差来反映风速，如图1所示，由超声波发射探头发射一组超声波脉冲，从发射鼓励脉冲到领遭到第一个脉冲的超声波传布时辰为f，则t=L（V0±v）式中三为传感器之间的间隔，V0为无风时超声波的传布速率，v为风速，按照该公式可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许求出风速v，这便是时差法道理，
可是，驱动脉冲发射进程中，超声波换能器晶片将履历受迫振动、均衡振动和衰减振动3个状况，并且领受超声波进程中，因为压电晶体具备必然的振动惯量，领遭到超声波后，振幅是按照指数曲线增添的，要履历几个周期才能饱和，并且当发射旌旗灯号竣事时，晶片还要坚持几个或十几个周期的余振，是以很难切确判定超声波到达和竣事的时辰，而本文的相位差丈量体例则将时辰差转换为相位差，操纵该体例超声波传感器一向处于延续的任务进程中不存在间歇式的脉冲驱动，是以相位差法防止了超声波传感器起振余振的题目，绝对时差法相位差法具备电路本钱低（不依靠高速器件）、软硬件易于完成等长处，本文超声波三维风速丈量传感器设置装备摆设情势设想为正四周体布局，此中四个收发一体的超声波传感器别离位于正四周体的四个极点，设置装备摆设情势如图2所示，
某一时辰，假定风秽沿某一角度吹到传感器布局上（如图2），按照三维空间向量投影干系，只须要得v在正四周体肆意两个面上的投影向量，按照该投影向量写出投影面方程，联立投影面方程便可求出风速v。
2.肆意面风矢量分解算法
风矢量（面份量）可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许由以下步骤计较：由硬件电路节制四个收发一体的超声波探头轮番收发一个周期，这时候辰可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许取得风矢量在每一个面三角形上的份量在各面三角形边上的份量巨细，按照各边上的份量遏制分解，便可求出风矢量在每一个面三角形上的份量。
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2017）03C-0189-02
跟着汽车的进步和汽车价钱的布衣化，汽车已成为良多家庭的标配，可是伴跟着出行便利的同时，泊车题目却变得严重起来。汽车数目标增添使得泊车空间愈来愈小，在狭窄的空间泊车常常令有车一族莫衷一是，即便是履历丰硕的司机也不免会在倒车时因为视线盲区等各类缘由发生刮蹭。是以，赞助倒车体系成了良多品牌车型必备设置装备摆设，也是良多车主必选的一项加装装备。
一、倒车防撞预警体系任务道理
倒车防撞预警体系也称为泊车赞助装配，俗称倒车雷达，是汽车在倒车或泊车时的宁静赞助装备，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许经由进程声响、数字、图片、影象等体例奉告驾驶员汽车四四周妨碍物的情况，赞助驾驶员处置倒车、泊车时妨碍物可以或许或许或许或许或许或许或许或许激起的搅扰，打扫视线恍惚和视线死角的错误谬误。
现有的倒车防撞预警体系多接纳波型旌旗灯号探测间隔完成。发射一种波型或旌旗灯号，当该波型或旌旗灯号碰着妨碍物时会反射返来，由此得悉是不是有妨碍物及妨碍物与车的间隔。超声波是一种能量耗损迟缓、传布间隔远的波，它可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在差别天气状况下操纵，不易受外界前提如光芒、烟雾、电磁等的影响，并且道理简略、易于完成，靠得住性好，本钱昂贵，是以遍及操纵于各类倒车雷达中。
体系收回超声波，超声波遇妨碍物后反射返来，若超声波的传布速率为v，体系收回超声波和收到超声波的回波的时辰间隔为t，则按照公式可计较出妨碍物与汽车之间的间隔。在氛围中传布时，声波的鞑ニ俣然崾艿绞度、温度、气压等身分的影响，此中温度对声波速率的影响最大，若要遏制温度弥补，其干系为。普通情况下，倒车防撞预警体系不须要切确到毫米级别，故可不遏制温度弥补。
二、现有倒车防撞预警体系的错误谬误
今朝国际做倒车雷达的厂家良多，可是机能都不是很抱负，首要表现在盲区较大和切确度不高。
（一）探测盲区过大。倒车防撞预警体系任务时，是由超声波传感器收回超声波的，它收回超声波时能量并不是平均散布，垂直于传感器外表中轴线地位的声射线能量最强，中轴线摆布两侧等其余标的目标上的声波能量慢慢削弱。自觉射源到照耀目地的睁开面积巨细的参数咱们用波束角来表现，它指能量密度到达峰值能量密度一半处的锥形宽度。在这个锥形宽度内的妨碍物可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许比拟有用的探测到，而在这个锥形宽度以外波能量过于分离，没法发生有用的回波，也就没法较切确的探测出妨碍物。普通的超声波传感器接纳波束角。
为了处置这一题目，倒车雷达都接纳了增添传感器数目标体例来完成。传感器数目标增添简直可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许削减局部盲区，如图1别离为用2个传感器和用4个传感器的探测规模，红色局部代表盲区。现有倒车雷达多接纳4个传感器来探测，但依然有较大盲区，而一味地增添传感器数目轻易组成传感器彼此间的搅扰，也会增添本钱，故经由进程增添传感器数目标体例并不是处置盲区过大的最好体例。
（二）探测指向性不强。经由进程上图可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看出，只要是在超声波探测规模内呈现的妨碍物都可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许被检测到，但这个妨碍物详细在哪一个地位却检测不出。按照超声波测距道理可知，超声波碰着妨碍物后反射返来，咱们可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许晓得妨碍物与汽车的间隔，但这个测得的间隔并不必然是传感器正后方的妨碍物的间隔，以这个间隔为半径，以传感器为圆心的规模内均有可以或许或许或许或许或许或许或许或许呈现妨碍物，故这个间隔不明白的指向性。增大波束角可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许减小盲区，但波束角越大指向性越不明白。
三、高精度倒车防撞预警体系的设想
为了处置现有倒车防撞预警体系的错误谬误，本设想对现有倒车雷达体系做了一些改良。
（一）体系布局及任务道理。本设想包罗以下模块：超声波发射模块；超声波领受模块；用于节制收回、领受及处置超声波数据旌旗灯号的单片机；用于数码间隔显现和妨碍物方位显现的显现模块和用于提示驾驶员的报警模块，如图2所示。单片机的输进口别离与超声波发射模块、显现模块、报警模块毗连，单片机的输进口与超声波领受模块毗连。超声波发射模块包罗超声波发射传感器和三级缩小器，单片机的输进口与三级缩小器毗连，三级缩小器与超声波发射传感器毗连。单片机接纳C8051F330，内部自带有温度传感器、内置AD、DA和比拟器。超声波领受模块为PVDF超声波领受器。显现模块为LCD液晶显现屏。报警模块为语音报警器，当妨碍物与汽车间隔小于设定的宁静间隔时，收回报警。
其任务道理为：倒车进程中若碰着妨碍物，单片机发生的脉冲颠末三级缩小器后通报给超声波发射传感器，超声波传感器操纵压电特点，间断以频次40 KHz的电压激起压电片，该压电片将电能转换成机械能并发射进来。碰着妨碍物后前往，PVDF超声波领受器将所领遭到的微小声波振动旌旗灯号转化成为电旌旗灯号，通报到单片机计较出汽车与妨碍物的间隔并经由进程显现LCD液晶显现屏显现出来，报警模块按照设定的间隔供应差别的语音报警。
（二）接纳小波束静态扫描。要处置探测盲区过大和探测指向性不强的题目，到达高精度判定妨碍物地位，关头要改良的是超声波传感器的扫描体例。要减小盲区，须要操纵大波束角遏制扫描；而要指向性明白，却须要小波束角遏制扫描，可见波束角的挑选在削减盲区和指向性明白这两个目标上不能很好地同一。本体系在设想时为了使波束角的挑选既可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许统筹指向性，又不增大盲区，挑选小波束角连系静态扫描的体例遏制妨碍物的探测。
在设想中挑选波束角为5°的小角度波束角，目标是为了使探测能有指向性。波束角减小今后传感器探测到的规模大大减小，当探测到妨碍物时岂但可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许晓得它与汽车的间隔，还可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许晓得它的方位。若只是用小波束角遏制扫描，肯定会因扫描规模太小而发生很大的盲区，故本体系设想将小波束角扫描与静态扫描相连系来遏制扫描，也便是让超声波传感器在差别的标的目标上动起来。完成体例是让超声波传感器用步距角为7.5°的步进电念头来驱动，每一个周期共驱动20次，如许每一个周期传感器的探测角度统共为150°，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成数目较多的小波柬角传感器麋集阵列，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许极大减小盲区。
其任务情况以下：在每一个扫描周期中，超声波传感器在初始地位处完成一个5°的扫描，步进电念头动弹7.5°，而后传感器完成第二个5°的扫描，步进电念头再次动弹7.5°，如次频频动弹20次，超声波传感器一共会在21个差别的标的目标上遏制探测，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许取得21个延续的探测信息，有用探测规模统共为150°。如图3所示。因为探测规模被细分成了21个方位，以是当发明妨碍物得悉其间隔时，连系今后的扫描角度就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够够得悉妨碍物较为切确的方位，进步了探测精度。步进电念头在每次动弹时，传感器有两个标的目标上的探测，故传感器的探测角度为5°×2=10°，这个角度大于步进电念头的动弹角度7.5°，以是每次的动弹并不会发生未被扫描到的漏掉地区。
（三）体系呼合时辰。小波束角连系静态扫描的体例很好地处置了以往倒车防撞预警体系盲区大和指向性不明的错误谬误，但因为这类扫描体例在每一个周期中要扫描21次，统共破费的时辰比以往要长一些。为了使体系的呼合时辰快，本设想同时接纳了30°波束角单次扫描与5°小波束角静态扫描两种超声波传感器。汽车尾部的4个超声波传感器，有两个接纳30°波束角单次扫描体例来探测，有两个接纳5°小波束角静态扫描体例来探测。汽车后视镜可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许赞助看到一些倒车情况，故汽车尾部两侧的超声波传感器接纳30°波束角单次扫描，汽车尾部中心的超声波传感器接纳5°小波束角静态扫描来减小盲^，两种扫描体例彼此调和彼此补充。除硬件设想方面，软件编程上也对体系处置时辰遏制了优化。
总之，本设想接纳了传统单次扫描与小波束角静态扫描相连系来完成妨碍物探测，提出的小波束角静态扫描有用地削减了盲区，同时可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许探测出妨碍物的大抵方位，极大地加强了探测切确度，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对倒车防撞起到很好的赞助感化。
【参考文献】
[1]宋伟，潘仲明，孔雅琼，等.小波束角超声测距仪的研制[J].计较机丈量与节制，2008（4）
[2]刘海峰.汽车倒车雷达体系全打仗[J].汽车电器，2007（12）
[3]肖炎根.基于单片机超声波倒车雷达体系的设想[J].电子元器件操纵2008（7）
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0238-02
现今社会测距是很遍及也很首要的题目，良多场所下须要切确、敏捷、实时的测距。比方瞽者外行走的进程中，须要一个装配来检测后方有没有妨碍物，在间隔妨碍物间隔过近的时辰必须可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许报警；又如汽车倒车的时辰也须要检测车尾与车库的间隔，在风险间隔的时辰可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许报警，使车主可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实时刹车，防止发生变乱；再如一些的门口也须要测距的装配，当有人靠近的时辰，会收回警报，使该地区的宁静性取得保障。今朝，测距的体例良多，如红外检测具备造价低、宁静机能好、建造简略等长处；错误谬误是检测精度低、合用性低。因为超声测距是一种非打仗式检测，其抗搅扰才能较强，如光源、天气对超声的搅扰都比拟小，比拟于其余的手艺更切确，更宁静。同时，超声测距具备少掩护、不净化、高靠得住、长命命等特色。基于这一近况，本设想选用超声波来检测间隔。
1 体系的全体设想
针对上述题目，本出以下的设想：先由超声波传感器向正后方发射超声波，与此同时起头计时，超声波沿着进步的标的目标传布，因为超声波能感到到妨碍物，是以传布进程中碰着妨碍物就会当即朝反标的目标回传，如许超声波领受器就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够领遭到因妨碍物而回传的超声波，同时，计时遏制。超声波在氛围中的传布速率v，设传布时辰为t，那末单程传布的为t/2，由间隔（s）=速率（v）时辰（t）/2，就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够计较动身射点距妨碍物的间隔（s）。同时一方面将间隔（s）由显现屏显现出来，让操纵者能对后方有没有妨碍物一目明了，并且还能把握妨碍物与其的详细间隔；另外一方面，设置一个间隔最小值，同样成阈值，当妨碍物的间隔小于这个阈值的时辰，单片机遇给报警器收回报警旌旗灯号，使报警器报警，让操纵者可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许敏捷切确的做出应答办法。超声波测距道理如图1所示。
2 体系的硬件设想
2.1 硬件器件的x型
本设想的传感器拔取的长短打仗式的HC-SR04超声波测距模块，HC-SR04超声波测距模块操纵本钱低、抗搅扰才能强并且切确机能好。单片机拔取ARM系列最新、最进步前辈构架的Cortex-M3内核的STM32，STM32不只机能优胜，并且价钱自制，以是本设想拔取它作为主处置器。因为本设想的显现屏只须要显现间隔旌旗灯号，以是拔取易于节制、本钱低的1602显现屏。
2.2 硬件设想
硬件的组成可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许分为两个局部：第一局部由超声波传感器和STM32处置器组成，为检测局部，详细感化为：起首由STM32节制超声波发射器发射超声波，与此同时STM32节制按时器起头计时，因为超声波是沿着直线传布，当在后方碰见妨碍物时，超声波会当即反射返来，当超声波传感器领遭到超声波的时辰STM32节制计时竣事；第二局部由1602显现屏、报警电路组成，STM32检测计较出来的间隔会由1602显现屏显现出来，当间隔小于事后给STM32设定的阈值时，STM32会当即给报警电路收回报警旌旗灯号，使蜂鸣器报警。报警局部由蜂鸣器和报警电路组成，报警电路如图3所示。
3 体系的软件设想
软件的设想首要是对STM32的编程，起首初始化串口和按时器，并且事后设置好阈值。接着给毗连超声波传感器的IO口收回指令，起头发射超声波，并且由STM32节制按时器起头计数；接着实时监测超声波领受器有没有旌旗灯号的读取，如有，则申明后方有妨碍物，按时器遏制计数。取按时器的计数差值，由按时器计数的差值可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许计较出配合的时辰，而单向旅程所需的时辰为配合时辰的一半，就可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许够计较出妨碍物与超声波传感器的间隔。同时还要将这个间隔与事后设置好的阈值遏制比拟，若间隔值小于阈值，则STM32会给报警电路收回报警旌旗灯号，到达报警功效。
4 尝试功效阐发
随机拔取差别的间隔、差别材质的妨碍物遏制检测十次，每当到达检测规模的时辰，显现屏每次都能切确的显现出妨碍物的间隔，并且当过分靠近妨碍物的时辰，蜂鸣器每次城市收回报警。功效标明本文设想的超声波测距体系可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许切确的完成测距和报警的目标，知足今后市场的请求，同时建造简略单纯，具备很好的成长和操纵远景。
参考文献：
1超声波无损检测近况及道理
近况：超声波无损检测手艺是国际外操纵最遍及、操纵频次最高且成长较快的无损检测手艺，首要表现在改良产物资量、产物设想、加工建造、制品检测及装备退役的各个阶段保障装备的靠得住性和宁静性。在古代无损检测手艺中，超声成像手艺是一种使人注视标新手艺，超声图象可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许供应直观和大批的信息，对检测物品中存在的错误谬误可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许削减报酬搅扰，有用进步无损检测的靠得住性，是定量无损检测的首要东西。
道理：超声波无损检测首要是基于超声波在试件中的传布特点，声源发生超声波，接纳必然的体例使超声波进入试件后；超声波在试件中传布并与试件资料和此中的错误谬误彼此感化，使其传布标的目标或特色被转变；转变后的超声波经由进程检测装备被接管，并可对其遏制处置和阐发，按照接管超声波的特色，评价试件本身及其内部是不是存在错误谬误及错误谬误的特点。
2超声波无损检测体例操纵
2.1超声波传感器在无损检测中的操纵
可听见波是人们能听到的声响，由物体震撼发生，它的频次在20Hz～20kHz规模内。于20Hz称为次声波，人耳固然听不到但与人体器官发生共振，频次跨越20kHz称为超声波，检测中常常操纵的超声波频次规模为几十kHz到几十MHz，超声波是一种在弹性介质中的机械震动波，它的传布波型首要可分为纵波、横波、外表波等三种，超声波具备以下根基特点：传布速率与介质的密度，弹性特点和情况前提有关，经由进程两种差别介质时，会发生反射和折射景象，跟着介质中传布间隔的增添，介质领受能量，使超声波的强度有所衰减，超声波传感器操纵晶体的压电效应和电致伸缩效应，将电和能彼此转换，完成对各类参量的丈量，超声波传感器配上差别电路制成各类超声波仪器和装配，遍及操纵于财产出产等良多范畴。超声波无损探伤具备操纵便利、合用性强、切确率高，易主动化等良多长处。
2.2超声波传感器的首要感化和布局
超声波传感器是一种可逆换能器，超声波换能器又称超声波探头，超声波换能器的首要任务道理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等。在检测手艺中首要接纳压电式。超声波探头的首要感化是：一个电声换能器，并能将反射返来的声波转换成电脉冲；节制超声波的传布标的目标和能量集合的水平，当转变探头的入射角或转变超声波的分散角时，可以或许使声波的首要能量按差别的角度射入介质内部或转变声波的指向性，进步分辩率；完成波型转换，节制任务频次，合用于差别的任务前提，超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、外表波探头等。
超声波探头与被测物体打仗时，探头与被测物体外表间存在一层氛围薄层，氛围将激起三个界面间激烈的混乱反射波，组成搅扰，并组成很大的衰减。为此并需将打仗面之间的氛围架空掉，使超声波能顺遂的入射到被测介质中，在财产中，常常操纵一种称为耦合剂的液体物资，使之布满在打仗层中，起到通报超声波的感化。常常操纵的耦合剂有水、机油、甘油等。
超声波探伤是今朝操纵非常遍及的无损探伤手艺中的一种首要检测手腕，它既可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许检测资料外表错误谬误，又可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许检测内部几米深的错误谬误。但错误谬误是对任务外表请求光滑，请求富有履历的检测职员才能区分错误谬误品种，超声波探伤合用于厚度较大的整机查验。
3超声波无损探伤的体例
到今朝为止，已操纵的操纵超声波探伤遏制无损检测的体例首要有以下几种：
超声波探伤的体例良多，最常常操纵的是脉冲反射法。普通在平均的资料中，错误谬误的存在将组成资料的不延续，这类不延续常常又组成声阻抗的不分歧，由反射定理可知，超声波在两种差别声阻抗的介质的交壤面上将会发生反射，反射返来的能量的巨细与交壤面双方介质声阻抗的差别和交壤面的取向、巨细有关。脉冲反射式超声波探伤仪便是按照这个道理设想的。脉冲反射法按照超声波波形的差别又分为纵波探伤、横波探伤和外表波探伤。
今朝便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大局部是A扫描体例的，所谓A扫描显现体例即显现器的横坐标是超声波在被检测资料中的传布时辰或传布间隔，纵坐标是超声波反射波的幅值。比方，在一个钢工件中存在一个错误谬误，因为这个错误谬误的存在，组成了错误谬误在钢资料之间组成了一个差别介质之间的交壤面，交壤面之间的声阻抗不必，当发射的超声波碰着这个界面今后，就会发生发射，反射返来的能量又被探头接遭到，在显现屏幕中横坐标的必然的地位就会显现出来一个反射波的波形，横坐标的这个地位便是错误谬误在被检测资料中的深度。这个反射波的长度和外形因差别的错误谬误而差别，反映了错误谬误的性子。
4论断
超声波无损检测手艺有其差别与其余无损检测手艺的长处，其活络度高，操纵规模广，穿透才能强，矫捷性好，对错误谬误的定位切确。因为超声波无损检测的装备简略简便，能更好的操纵于户外检测，跟着超声波检测手艺的不时研发立异，在未几的未来，超声波无损检测手艺因其怪异的特点必将有加倍遍及的远景。
在凡是的财产出产工程中，液位丈量的目是经由进程液面高度的丈量来肯定容器里的原资料、半制品或产物的，用以保障出产太长的各个关头物料均衡和给遏制经济核算供应靠得住的按照。同时，在延续的出产进程中，为了坚持普通出产、保障产物的品德和产量，和保障宁静出产。以是，液位的监测在财产出产进程中是相称首要的。丈量液位的仪表首要分为打仗式液位仪表与非打仗式液位仪表两局部。而超声波液位仪表，因为其布局简略、造价地昂贵，在近年里取得了遍及的操纵。
1 设想简述
所谓的超声波是指人类听不到的声波，普通人的听觉规模是20Hz～20kHz，超越这个规模的声波普通人是听不到的。经由进程声波在碰着液面后反弹返来的时辰来计较那时液面具超声波传感器的间隔，则液位公式为：
L为液面距超声波传感器的间隔，c为超声波在氛围中传布的速率，T为从声波收回到领遭到回波的时辰。
1.1 超声波液位仪体系布局
如图1-1所示，该超声波液位仪包罗输入局部、输入局部和节制部。
1.2 超声波液位仪体系任务道理
将该超声波传感器装配于待测容器的顶部，垂直于被测液面，当收回的超声波碰着被刺液体后回弹。这时候辰一体化超声波传感器处于接管状况，期待接管反弹返来的超声波，经由进程超声波的发送到领受的时辰来计较液面距容器顶真个间隔。
1.2.1 液位丈量与计较
体系任务时，单片机的按时器起头计时，同时经由进程单片机的I/O口发送一串频次为40kHz的旌旗灯号，旌旗灯号颠末升压中周发缩小后经由进程一体化超声波传感器发送进来。当单片机检测的回波旌旗灯号时，遏制按时器，并将按时器中的数值读出，按照体系的机械周期计较出超声波传布的时辰T。
1.2.2 余波的处置
超声波探头将超声波脉冲发送终了后，并不是当即遏制的，而是慢慢衰减，这一段衰减进程中所发送的波被称作余波。
操纵软件手腕屏障掉了余波的搅扰。凡是收发一体化超声波传感器的余波衰减时辰为2ms，是以，在法式中发送完40kHz波后，咱们操纵轮回延时2ms，今后再起头让微处置器期待领受回波旌旗灯号。而在延时的2ms内前往的超声波将被疏忽，如许一来，咱们将没法检测较近的间隔，而这段没法被检测的间隔便是本液位仪的任务盲区。
2 硬件电路设想
2.1 节制局部
节制局部操纵STC89C52RC单片机作为主节制芯片，担任超声波输入节制、超声波回波旌旗灯号领受处置、计较液面距超声波探头的间隔、设置阀值输入报警和节制显现局部输入相干信息。
2.2 I/O口分派
P3.0和P3.1可用于串口通信、法式烧写；而P1口则可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许扩大外接其余拓展模块。
P3.6和P3.7口别离接CSBIN（超声波旌旗灯号输入），用来领受回波经由进程处置后的有用电平旌旗灯号；CSBOUT（超声波旌旗灯号输入），用来输入脉冲旌旗灯号，是超声波传感器收回40kHz波。
P0口毗连LCD1602（液晶显现器）的数据口，P2.0～P2.2接LCD1602的三个节制口，P2.3接LCD1602的背光节制。
P2.4～P2.6口别离接三个按键输入；P2.7口作为节制继电器的旌旗灯号输进口，用于节制继电器的开、闭。
2.3 按键与继电器节制电路
按键、继电器节制电路，自力按键的按下将低电平引入单片机I/O口。而当KA为“0”时，PNP管导通，继电器线圈得电，触点举措。
这里选用PNP型三极管是因为单片机复位后，I/O口为高电平，若是操纵NPN型三极管则会照成体系上电后继电器会闭合一下，如许对装备无害同时可以或许或许或许或许或许或许或许或许照成宁静变乱。
在继电器线圈的两头并入二极管DK1（1N4007）起到了对继电器的掩护感化。
2.4 超声波旌旗灯号发送及领受局部
发送局部电路首要用到了超声波公用中周变压器将单片机I/O口收回的鼓励脉冲升压后供应超声波探头，使其发送出与鼓励脉冲不异频次的超声波。接管局部的电路顶用了NE5532高机能低噪声双运算缩小器。因为NE5532的任务电压最少为6V时，才能不变的任务，因为超声波是一个交换旌旗灯号，D5的感化便是将负半周期的旌旗灯号经由进程GND消弭，只保留正旌旗灯号。旌旗灯号经由进程BG2缩小落后入NE5532，又颠末滤波缩小、比例微分后输入。
3 软件设想
起首由单片机收回 50KHz 的脉冲串，每八个脉冲为一组，脉冲串经由进程超声波发射电路驱动超声波换能器收回超声波，单片机在发送脉冲的同时起头计时；超声波碰着妨碍物后的回波颠末缩小、转化等处置传回单片机，如许就取得了超声波在氛围中的传输时辰，而后在间断法式中按照测出的时辰计较出间隔。完成后收回下一组脉冲。操纵按时器计较出采样时辰，经由进程前后两次液位差值与前后两次检测的时辰，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许算出液位增加的速率。
从现实产物的角度来看，本文设想的超声波测距仪另有须要进一步完美和改良的处所，首要表现在以下几个方面：
（1）因为温度对超声波的传布有必然的影响，以是若是插手温度传感器，测得储备罐内的温度，在经由进程所得的温度对超声波遏制温度弥补，如许能进步仪表的切确度。
（2）为了使超声波液位计可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许检测到从较远处反射返来的超声波，须要进一步完美点窜硬件电路，进步硬件电路的抗搅扰才能和对微小旌旗灯号的缩小倍数，进步超声波液位计的丈量规模和丈量的精度。
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-01
Hardware System Design Based on Multi-Sensor Intelligent Wheelchair
Hao Minchai
(Shijiazhuang Vocational College,Shijiazhuang 050081,China)
Abstract:High-performance low-cost intelligent wheelchair can greatly improve today's elderly and disabled users of the quality of life,safe and convenient to use people to their destination,during operation,the smart wheelchair can accept user issued the directive,according to the designated routes,so the design of intelligent wheelchair in the perception of the environment is an integral part of this paper,the context-aware intelligent wheelchair part of the multi-sensor system architecture,component design analysis and interpretation.
Keywords:Intelligent wheelchair;Sensor;System;Positioning
一、传感器体系全体布局设想
可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成智能轮椅的总功效首要有：定位体系，情况感知体系、节制体系、驱动体系和人机交互界面等功效。是以该体系的硬件布局如图1所示。此中传感器模块首要有内部状况感知和内部情况感知两局部组成，对姿势传感器首要用来调剂轮椅本身的位姿信息；编码器传感器是位移速率和间隔取得自定位的信息收罗源；视觉、超声波和靠近开关首要担任延续取得四周情况和轮椅位于妨碍物的间隔等的信息。驱动节制模块咱们接纳机电节制后轮驱动的体例，在节制器的操纵去节制电动轮椅的进步、撤退退却和转向。
图1：智能轮椅硬件体系布局图
二、多传感器数据收罗与处置
该智能轮椅有2个绝对自力的驱动轮并各自配有机电码盘。机电码盘实时遏制数据检测组成了里程计式绝对定位传感器，并装配有倾角传感器和陀螺仪传感器来丈量轮椅在活动进程的姿势。超声波传感器和靠近开关用于感知四周情况信息。为可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成远间隔的妨碍物信息，还装备了超声波传感器。还装备了CCD图象传感器用于判定后方前进旅程中的深度信息。
三、姿势传感器
该智能轮椅设想接纳了一个倾角传感器和一个陀螺仪的组合来组成姿势传感器检测车体平台的运行姿势。倾角传感器用来丈量轮椅偏离竖直标的目标的角度，陀螺仪用来丈量角速率。
以TMS320LF2407A为节制焦点的活动节制器，按照编码器和姿势传感器检测到的平台运行的位移和姿势旌旗灯号，经由进程必然的节制战略计较出节制量，再经脉宽调制节制及驱动器缩小后驱动直流电念头运行，随时调剂车体平台的运行速率，从而使车体平台一向坚持均衡状况。节制电路道理图如图2所示。节制板收罗来自倾角和角速率传感器的旌旗灯号并对旌旗灯号遏制调度（滤波、整形、偏移），而后将旌旗灯号通报到节制板中，颠末DSP的运算处置（节制算法由电动车体系的数学模子推导而出），经由进程DSP的两路脉宽调制将节制旌旗灯号收回，再颠末机电驱动模块驱念头电运行，节制轮椅坚持均衡状况。
图2：节制电路道理图
四、多路超声波测距模块
本智能轮椅自立避障体系接纳超声波传感器丈量妨碍物的间隔，任务时，由单片机经由进程三路旌旗灯号线选通多路摹拟开关，由多路摹拟开关担任每路超声波传感器的通断。每路超声波传感器任务时，都由单片机的I/O口发射出频次为40kHz，幅值为5V的矩形脉冲旌旗灯号，颠末旌旗灯号缩小电路，变成不变的12V矩形脉冲旌旗灯号，由超声波发射换能器发射出超声波。超声波碰着妨碍物前往，由超声波领受换能器领受，颠末旌旗灯号滤波缩小集成电路，触发单片机间断。由单片机计较渡越时辰，从而计较出妨碍物的间隔。
五、编码器
编码器是将旌旗灯号或数据遏制体例、转换为可用以通信、传输和存储的旌旗灯号情势的装备。编码器把角位移或直线位移转换成电旌旗灯号，前者称为码盘，后者称为码尺．打仗式接纳电刷输入，一电刷打仗导电区或绝缘区来表古代码的状况是“1”仍是“0”；非打仗式的接管敏感元件是光敏元件或磁敏元件，接纳光敏元件时以透光区和不透光区来表古代码的状况是“1”仍是“0”，经由进程“1”和“0”的二进制编码来将收罗来的物理旌旗灯号转换为机械码可读取的电旌旗灯号用以通信、传输和贮存。
发生的时钟频次是每一个输入序列的4倍，且把这个时钟作为通用按时器2的输入时钟。图4给出了正交编码脉冲、增减计数标的目标实时钟的波形。
图4：编码器输入脉冲图
