超聲波傳感器設計報告

1、XX三峽職業(yè)學院智能電子產(chǎn)品設計與制作實訓報告項目名稱超聲波傳感器班級 13 級應用電子技術 1 班XX_學號_2014 -2015 學年度 2 學期機械與電子工程系超聲波傳感器簡介超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波, 由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向 性好，能夠成為射線而定向傳播等特點。 超聲波傳感器可以對集裝箱狀態(tài)進行探測， 可以應用于 食品加工廠，實現(xiàn)塑料包裝檢測的閉環(huán)控制系統(tǒng)。超聲波傳感器對透明或有色物體，金屬或非金 屬物體，固體、液體、粉狀物質均能檢測。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（

2、電致伸縮）及銀鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致 伸縮的材料有錯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢?將電能轉變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以 分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感 器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ及4045KHZo這 類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60,T/R-40-12等（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40KH乙26及12表示其外徑尺寸，以毫米計）。另有一種密封式超 聲波傳感

3、器（MA40日型）。它的特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接 近開尖用，它的性能較好。超聲波應用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報警器、自 動門、接近開尖等；分離式反射型用于測距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測厚等。二超聲波傳感器的組成超聲波傳感器是指產(chǎn)生超聲波和接收超聲波的裝置，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器利用壓電晶體的壓電效應和電致伸縮效應，將機械能與電能相互轉換，并利用波 的傳輸特性，實現(xiàn)對各種參量的測量，屬典型的雙向傳感器。因此，超聲波傳感器由發(fā)射傳感 器（簡稱發(fā)射探頭）和接收傳感器（簡稱接收探頭）兩部分組成，如圖63所示。電致伸縮效應I_

4、廠廠-機械能機械能-二二 壓電晶體壓電晶體I_I壓電效應圖6 -3超罡波傳感器的組成機械能機械能電能電能壓電晶體壓電晶體發(fā)射探頭x超聲波伎感器五硬件電路分析發(fā)射電路:接收電路接收電路中2腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡/它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性：，增大電阻R1或減小C1，將使負反饋量塔大，放大倍數(shù)下降，反之則放 大倍數(shù)增大，但C1的改變會影響到頻率特，性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為R2=4.7Q,CI=luF03腳與地之間連接檢波電容，電容星大為平均值檢波，瞬間響應靈敏度低；若容呈小，則為峰值檢波，瞬間 相應靈敏度高，但檢波輸出

5、的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為3.3uf。5腳中R4用于設普中心頻 率，R4二200k是，fO二38KHz陰值越大中心頻率越低c 6腳與地之間接一個積分電容，標準值為330pF,如果該 電容取得太大，會使探測距離變短。C2T I * C33 3uFHhr3 3uFClHlo cfcfiuFU1ClC2GND200K6Ri63 -彳2&R403OUTC5HF-330pFVCCCX20106A發(fā)射電路:六軟件設計系統(tǒng)程序流程圖如圖所示:工作時，微處理器AT89C51先把P1.0置0,啟動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，同時啟動內(nèi)部定時 器T0開始計時。由于我們采用的超聲波傳感器是收發(fā)一

6、體的，所以在發(fā)送完12個脈沖后超聲 波傳感器還有余震，為了從返回信號識別消除超聲波傳感器的發(fā)送信號，要檢測返回信號必須 在啟動發(fā)射信號后2.38ms才可以檢測，這樣就可以抑制輸出得干擾。當超聲波信號碰到障礙 物時信號立刻返回，微處理器不停的掃描INTO引腳，如果INTO接收的信號由高電平變?yōu)榈?電平，此時表明信號已經(jīng)返回，微處理器進入中斷矢閉定時器。再把定時器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過換算 就可以得出超聲波傳感器與障礙物之間的距離。七結論本課題介紹了一種基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的原理和設計。對超聲波測距傳感器的硬 件 和軟件進行設計。超聲波傳感器是本系統(tǒng)的核心器件，本論文詳細地介紹了超聲波傳感器 的原 理

7、、結構、檢測方式以及它的一些特性。深入地了解超聲波傳感器的工作原理，更好的進行設計 測距電路。單片機是本系統(tǒng)的控制部分，采用Atmel公司生產(chǎn)的STC89C52芯片。驅動超聲波 傳感器的40kHz的方波信號，就是由單片機編程產(chǎn)生的。本系統(tǒng)的發(fā)射電路采用74LS04,通過它 對單片機產(chǎn)生的方波信號進行放大，以驅動傳感器工作。接收電路采用CX20106A芯片，通過接 收電路對接收到的信號進行放大和整形，最終再輸出負脈沖給單片 機響應中斷程序。本系統(tǒng)的 數(shù)碼管顯示部分采用的是靜態(tài)掃描方式，利用單片機進行軟件譯碼。軟件代碼采用C語言編程， 主要包括主程序、延時:Is子程序以及顯示子程序等，測距傳感器主要實現(xiàn)方波信號的接收和發(fā) 送、時間差的讀取、距離的計算以及顯示輸出的譯碼等 功能。本課題所設計的超聲波測距系統(tǒng) 具有測量精度較高、速度快、控制簡單方便等優(yōu)點。測距系統(tǒng)在許多工業(yè)現(xiàn)場和自動控制場合，都有很重要的作用。但由于經(jīng)驗不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學習 中會進一步改進?？傮w來說，最重要的是在本 課題的設計過程中我學到了很多知識，從中