2 超声波测距仪的设计
2.1 超声波测距原理
单片机发出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,然后求出距离 S=vt/2,式中的 v 为超声
波波速
[16]
。限制该系统的最大可测距离存在 4 个因素:超声波的幅度、反射的质地、
反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直
接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差,
可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。
表 2.1 超声波波速与温度的关系表
由于超声波属于声波范围,其波速 v 与温度有关
[17]
。所以列出了几种不同温度
下的波速,请看表 2.1 所示。在测距时由于温度变化,可通过温度传感器自动探测环
境温度确定计算距离时的波速 v,较精确地得出该环境下超声波经过的路程,提高
了测量精确度。波速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。
单片机发出短暂的 40kHz 信号,经放大后通过超声波换能器输出;反射后的超
声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单
片机中断程序,得出时间,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果
被送至 LCD 显示电路进行显示。同时判断如果测得的距离小于 1m 时,通知报警
器报警,并把测距记录存入 E2PROM 存储,供随时查看测距记录
2.2 常见测距法
目前最常用测距法有两种:
(1)超声波测距法:超声波是频率 20kHz 以上的机械振动波,利用发射脉冲和
接收脉冲的时间间隔推算出距离。超声波测距法的缺点是波束较宽,其分辨力受到
严重的限制,因此,主要用于导航和回避障碍物。
(2)激光测距法
[18]
:激光测距法也可以利用回波法,或者利用激光测距仪,其