基于單片機的汽車防撞報警器的設(shè)計說明

./基于單片機的汽車防撞報警器設(shè)計摘要：本文是基于AT89C51單片機的汽車防撞報警器的設(shè)計,主要是利用超聲波的特點和優(yōu)勢,將超聲波測距系統(tǒng)和AT89C51單片機結(jié)合于一體。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法,具有模塊化和多用化的特點。關(guān)鍵字：單片機防撞報警超聲波一、系統(tǒng)總體方案設(shè)計二、超聲波測距原理超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于應(yīng)用要求限定,在這里使用脈沖反射式,即利用超聲的反射特性。超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射傳感器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時刻的同時開始計時,超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就停止計時。常溫下超聲波在空氣中的傳播速度為c=340m/s,根據(jù)計時器記錄的時間t,就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離<s>,即：s=c*t/2=c*t0〔2-1其中,t0就是所謂的渡越時間。三、系統(tǒng)各組成單元設(shè)計該超聲波測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射與接收電路、單片機硬件接口電路、顯示報警電路組成,下面主要通過各個模塊的各種方案比較,確定設(shè)計的最終方案。該系統(tǒng)的核心部分采用性能較好的AT89C51單片機。3.1發(fā)射與接收電路的設(shè)計方案超聲波發(fā)射接收電路如圖3.1所示。該電路簡單實用,通過兩極放大,增強接收信號,比較適合本設(shè)計需要。測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用壓電瓷傳感器,他的工作電壓是40kHZ的脈沖信號,前方測距電路的輸入端接單片機P1.0端口,單片機執(zhí)行程序后,在P1.0端口輸出一個40kHZ的脈沖信號,經(jīng)過三極管T放大,驅(qū)動超聲波發(fā)射頭UCM40T,發(fā)出40kHZ的脈沖超聲波,且持續(xù)發(fā)射200μs。右側(cè)和左側(cè)測距電路的輸入端分別接P1.1和P1.2端口,原理和前方測距相同。圖3.1超聲波測距系統(tǒng)發(fā)射接收電路由AT89C51單片機編程,執(zhí)行程序后P1.0口產(chǎn)生40KHZ的脈沖信號,經(jīng)三極管放大后來驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭UCM40T,產(chǎn)生超聲波。接收頭采用和發(fā)射頭配對的UCM40R,將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?經(jīng)運算放大器兩級放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567,部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3,電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)解R8在發(fā)射的載頻上,則LM567輸入信號大于25mv,輸出端8腳由高電平越變?yōu)榈碗娖?作為中斷請求信號,送至單片機處理。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機部的定時器T0,利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時,接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變,在INTO或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號,單片機響應(yīng)外部中斷請求,執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序,讀取時間差,計算距離。發(fā)射電路電路圖如圖3.2所示：圖3.2系統(tǒng)發(fā)射電路此電路由一個9V的電源,R1=3.6K歐,R2=360歐,三極管T一個,激勵換能器T40-16一個。其流程圖如圖3.3所示：圖3.3流程圖發(fā)射電路原理：當單片機AT89C51,通過P1.0這個I/O口,發(fā)送一系列的脈沖,經(jīng)過三極管T進行放大,從而使T40-16這個激勵換能器發(fā)射出超聲波。接收電路如3.4所示：圖3.4接收電路圖其原理框圖如下：圖3.5原理框圖此系統(tǒng)為了全方位測距,故有左、右、中三個測距電路,其電路都相同。3.2顯示報警單元方案設(shè)計顯示報警單元是經(jīng)過超聲波發(fā)射接收電路及單片機AT89C51處理后把信號轉(zhuǎn)化為人為可以知覺的數(shù)字顯示和報警響應(yīng),以進一步避免事故發(fā)生。顯示報警電路由顯示和報警兩部分電路組成,主要實現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的顯示報警功能,以此提醒駕駛員。系統(tǒng)顯示電路設(shè)計顯示器是一個典型的輸出設(shè)備,而且其應(yīng)用是極為廣泛的,幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器,其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最簡單的顯示器可以使LED發(fā)光二極管,給出一個簡單的開關(guān)量信息,而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的LCD液晶屏。綜合課題的實際要求以及考慮單片機的接口資源,采用串行方式顯示的LED驅(qū)動輸出設(shè)備。由于全程顯示的距離圍在4米之,用3個LED數(shù)碼管表示距離的cm數(shù)值。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,發(fā)光二極管LED顯示器常用兩種驅(qū)動方式：靜態(tài)顯示驅(qū)動和動態(tài)顯示驅(qū)動。所謂靜態(tài)顯示驅(qū)動,就是給要點亮的LED通以恒定的電流,即每一位LED顯示器各引腳都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口。單片機只需要把要顯示的字形段碼發(fā)送到接口電路并保持不變即可,如果要顯示新的數(shù)據(jù),再發(fā)送新的字形段碼。因此,使用這種方法單片機中CPU開銷小,但這種驅(qū)動方法需要寄存器、譯碼器等硬件設(shè)備。當需要顯示的位數(shù)增加時,所需的器件和連線也相應(yīng)增加,成本也增加。而所謂動態(tài)顯示驅(qū)動就是給欲點亮的LED通以脈沖電流,即采用分時的方法,輪流控制各個顯示器的COM端,使各個顯示器輪流點亮,這時LED的亮度就是通斷的平均亮度?？紤]各種因素,本設(shè)計選用動態(tài)驅(qū)動顯示。本設(shè)計選用8155芯片作為單片機應(yīng)用系統(tǒng)擴展的I/O口。8155的PA口作為LED的字形輸出口,為提高顯示亮度,采用8路反相驅(qū)動器74LS244驅(qū)動；PC口作為LED的位選控制口,采用共陽極的LED顯示器,由于8段全亮時位控線的驅(qū)動電流較大,采用6路反相驅(qū)動器74LS06以提高驅(qū)動能力。圖3.6系統(tǒng)顯示電路系統(tǒng)報警電路設(shè)計系統(tǒng)報警電路由一個運算放大器、一個發(fā)光二極管和一個喇叭組成。R25的阻值為1K,R26的阻值為10K。對于二級運算放大,都采用F007芯片.兩級放大電路均是負反饋接法,即反相比例運算電路.而反相比例運算電路中,輸入信號從反相輸入端輸入,同相輸入端接地.根據(jù)"虛短"和"虛斷"的特點,即u_=u+,i_=i+=0.可得u+=0.而所謂"虛短"是由于理想集成運放Au0。所以可以認為兩個輸入端之間的差模電壓近似為零,即Uid=u_=u+0.即u_=u+,而u0具有一定值。由于兩個輸入端間的電壓為零,而又不是短路,故稱為"虛短"。而"虛斷"是由于理想集成運放的輸入電阻Rid,故可以認為輸入端不取電流,即i_=i+0.這樣,輸入端相當于斷路,而又不是斷開,稱為"虛斷"。而電路中,反相輸入端與地端等電位,但又不是真正接地,這種情況稱為"虛地"。所以iI=,iF==,因為i_=0,iI=if,則可得u0=-uI.故可將信號進行放大。圖3.7系統(tǒng)報警電路當單片機AT89C51通過P1.0,P1.1,P1.2三個I/O口,發(fā)射出超聲波的信號,即輸出一個高電平給這三個I/O口,大約5V的電壓,同時單片機計數(shù)器T0開始計時。則信號經(jīng)過三極管T1,T2,T3進行放大。使電流達到T40-16的工作電流,從而發(fā)射出超聲波。當T40-16發(fā)射出去的超聲波遇到障礙物時會被反射回來,這時接收器R40-16便會將反射回來的超聲波接收,并轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)過運算放大器的兩極放大,將信號送給LM567的輸入端,當LM567的輸入端電流大于25mA時,其8號輸出引腳會產(chǎn)生一個信號,使得單片機AT89C51產(chǎn)生一個中斷。這樣,計數(shù)器便停止計數(shù)。單片機把計得的時間差進行運算,根據(jù)S=170*t這個公式來計算車與障礙物的距離,并把運算結(jié)果以十進制的方式送到七段LED顯示電路去顯示。如果距離小于0.5m,則單片機AT89C51便給P1.5口一個信號,使得報警電路工作,實現(xiàn)報警。四、系統(tǒng)硬件及軟件實現(xiàn)4.1單片機硬件單片機AT89C51圖4.1AT89C51單片機芯片根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求,各接口功能如下：P1.0:產(chǎn)生輸出一個40KHZ的脈沖信號?！灿糜谇胺綔y距電路P1.1:產(chǎn)生輸出一個40KHZ的脈沖信號?！灿糜谟覀?cè)測距電路P1.2:產(chǎn)生輸出一個40KHZ的脈沖信號?！灿糜谧髠?cè)測距電路INT0:產(chǎn)生中斷請求,接前方測距電路。INT1:產(chǎn)生中斷請求,接前方測距電路。P1.3:接ICA3輸入端,用于中斷優(yōu)先級的判斷。P1.4:接ICA3輸入端,用于中斷優(yōu)先級的判斷。P0.0:用于顯示輸出,接顯示器。P0.1:用于顯示輸出,接顯示器。P0.2:用于顯示輸出,接顯示器。P0.3:用于顯示輸出,接顯示器。P0.4:用于顯示輸出,接顯示器。P0.5:用于顯示輸出,接顯示器。P0.6:用于顯示輸出,接顯示器。P0.7:用于顯示輸出,接顯示器。P2.7:接報警電路P2.0:接報警電路P2.1:接報警電路XTAL1：接外部晶振的一個引腳。在單片機部,它是一反相放大器輸入端,這個放大器構(gòu)成了片振蕩器。它采用外部振蕩器時,些引腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶振的一個引腳。在片接至振蕩器的反相放大器輸出端和部時鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時,則此引腳接外部振蕩信號的輸入。RST：AT89C51的復(fù)位信號輸入引腳,高電位工作,當要對芯片又時,只要將此引腳電位提升到高電位,并持續(xù)兩個機器周期以上的時間,AT89C51便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項工作,使得部特殊功能寄存器的容均被設(shè)成已知狀態(tài)。8155芯片介紹圖4.28155芯片8155引腳功能：AD7～AD0〔19～12腳：三態(tài)地址/數(shù)據(jù)引出線；CE〔8：片選信號線,低電平有效；RD〔9：存儲器讀信號線,低電平有效；WR〔10：存儲器寫信號線,低電平有效；ALE〔11：地址及片選信號鎖存信號線,高電平有效；IO/M<7>：I/O接口與存儲器選擇信號線,高電平表示選擇I/O接口,低電平表示選擇存儲器；PA7～PA0〔28～21：A口輸入/輸出線；PB7～PB0〔36～29：B口輸入/輸出線；PC5～PC0〔5、2、1、39、38、37：C口輸入/輸出線或控制信號線；T/IN〔3：定時器/計數(shù)器輸入端；〔T/OUT〔6：定時器/計數(shù)器輸出端；RESET〔4：復(fù)位,高電平有效,復(fù)位后三個I/O口均為輸入功能。探頭UCM介紹壓電瓷超聲波換能器〔超聲波傳感器體積小,靈敏度高、性能可靠、價格低廉,是遙控、遙測、報警等電子裝置最理想的電子器件、用此換能器構(gòu)成的超聲波遙控開關(guān),可使家電產(chǎn)品、電子玩具加速更新?lián)Q代,提高市場競爭能力。表2.1傳感器特性參數(shù)型號UCM—T40K1UCM—R40K1結(jié)構(gòu)開放式開放式發(fā)射距離8—10米8—10米使用方式發(fā)射接收諧振頻率40KHZ±1KHZ40KHZ±1KHZ頻帶寬2KHZ±0.5KHZ2KHZ±0.5KHZ靈敏度≥—70dB/V/ubar≥—70dB/V/ubar外形尺寸∮16mm×22.5mm∮16mm×22.5mm溫度圍—20℃~+—20℃~+相對濕度20±5℃20±5℃使用注意事項：兩接線腳焊接時間不宜過長,以免器件之焊點溶化脫焊及造成底座與接線腳之間松動。不宜與腐蝕性物質(zhì)接觸。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波測距的基本功能之后,系統(tǒng)軟件所實現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。根據(jù)第二節(jié)所述系統(tǒng)硬件設(shè)計和所完成的功能,系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)以下功能：一、信號控制在系統(tǒng)硬件中,已經(jīng)完成了發(fā)射電路、接收電路、檢測電路、顯示電路、門限檢測的設(shè)計。在系統(tǒng)軟件中,要完成增益控制信號、門控信號、發(fā)射脈沖信號、峰值采集信號、遠近控制信號的時序及輸出。二、數(shù)據(jù)存儲為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時間差,要讀出此刻計數(shù)器的計數(shù)值,然后存儲在RAM中,而且每次發(fā)射周期的開始,需要對計數(shù)器清零,以備后續(xù)處理。三、信號處理RAM中存儲的計數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出,因為計數(shù)值與實際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為：S=0.5*V*T＝0.5*V*<Tr*N>其中,T為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間,Tr為方波信號作為計數(shù)脈沖時計數(shù)器的時間分辨率,N為計數(shù)器的值。在這個部分中,信號處理包括計數(shù)值與距離值換算,二進制與十進制轉(zhuǎn)換。四、數(shù)據(jù)傳輸與顯示經(jīng)軟件處理得到的距離送顯示輸出,用三位LED表示。由于采用了單片機AT89C51并考慮整個系統(tǒng)的控制流程,整個系統(tǒng)軟件都有AT89C51系列單片機匯編語言實現(xiàn)。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的,因此在初始化發(fā)射程序后進入中斷響應(yīng)的等待。在中斷響應(yīng)之后,原始數(shù)據(jù)經(jīng)計數(shù)值與距離值換算子程序,二進制與十進制轉(zhuǎn)換子程序后顯示輸出。整個系統(tǒng)軟件功能的實現(xiàn)可以分為主程序、中斷服務(wù)程序幾個主要部分。主程序主程序是單片機程序的主體,整個單片機端系統(tǒng)軟件的功能的實現(xiàn)都是在其中完成的,在此過程中主程序調(diào)用了子程序及中斷服務(wù)程序。程序首先完成初始化過程,然后是一個重復(fù)的控制發(fā)射信號的過程,即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍,而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會判斷在發(fā)射信號后延時等待的過程中是否發(fā)生了中斷,即是否有回波產(chǎn)生來判斷程序得流程。流程圖如圖4.3所示。圖4.3主程序流程圖一、40kHz脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射在脈沖產(chǎn)生前先對定時/計數(shù)器T0進行初始化,在這里選擇的是工作方式1定時器模式,所以TMOD應(yīng)該設(shè)定為01H。接著用STEBTR0指令開啟T0,在開啟T0的同時開發(fā)發(fā)射超聲波脈沖。測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電瓷傳感器,它的工作電壓是40kHz的脈沖信號,這由單片機執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。PUZEL：MOV14H,#12H；超聲波發(fā)射持續(xù)200msHERE：CPLP1.0；輸出40kHz方波NOPNOPNOPDJZN14H,HERERET前方測距電路的輸入端接單片機P1.0端口,單片機執(zhí)行上面的程序后,在P1.0端口輸出一個40kHz的脈沖信號,經(jīng)過三極管T放大,驅(qū)動超聲波發(fā)射頭UCM40T,發(fā)出40kHz的脈沖超聲波,且持續(xù)發(fā)射200ms。右側(cè)和左側(cè)測距電路的輸入端分別接P1.1和P1.2端口,工作原理與前方測距電路相同。這里省略,只研究正對方向的障礙物。二、超聲波的接收與處理超聲波的接受是由外部中斷口INT0是否有中斷脈沖產(chǎn)生來判斷的。定時子程序轉(zhuǎn)回來的時候,要對中斷進行初始化。選定的是INT0口,工作方式為脈沖方式。STEBEA；中斷總允許STEBEX0；INT0中斷允許STEBPX0；設(shè)置INT0為高優(yōu)先級中斷STEBIT0；設(shè)置INT0為脈沖方式HERE：JMP$；等待中斷接收頭采用與發(fā)射頭配對的UCM40R,將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?經(jīng)運算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567,部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3,電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上,則LM567輸入信號大于25mV,輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?作為中斷請求信號,送至單片機處理。前方測距電路的輸出端接單片機INT0端口,中斷優(yōu)先級最高,左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機INT1端口,同時單片機P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端,中斷源的識別由程序查詢來處理,中斷優(yōu)先級為先右后左。部分源程序如下RECEIVE:PUSHPSWPUSTACCCLRACCJNBP1.1,RIGHT;P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務(wù)程序JNBP1.2,LEFT;P1.2引腳為0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務(wù)程序RETURN:SETBEX1;開外部中斷INT1POPACCPOPPSWRET1三、數(shù)據(jù)讀取和儲存為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時間差,要讀出T0計數(shù)器的計數(shù)值,然后存儲在RAM中,而且每次發(fā)射周期的開始,需要對計數(shù)器清零,以備后續(xù)處理。RECEIVE0：PUSHPSWPUSHACCCLREX0；關(guān)外部中斷0MOVR7,TH0；讀取時間值MOVR6,TL0?CLRCMOVA,R6SUBBA,#0BBH；計算時間差MOV31H,A；存儲結(jié)果MOVA,R7SUBBA,#3CHMOV30H,ASETBEX0；開外部中斷0POPACCPOPPSWRETI四、計算超聲波傳播時間T0中讀取出來的時間差數(shù)據(jù)并不能作為距離值直接顯示輸出,因為時間差值與實際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為：S=0.5*V*T。其中,V為聲音在常溫下的傳播速度,T為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間,在這個部分中,信號處理包括計數(shù)值與距離值換算,二進制與十進制轉(zhuǎn)換。顯示子程序和蜂鳴報警子程序考慮到提高系統(tǒng)資源的利用率,顯示采用動態(tài)顯示法實現(xiàn)。采用8155芯片作為單片機應(yīng)用系統(tǒng)的擴展I/O口。8155的PA口做為LED的字形輸出口,PC口做為LED的位選控制口,采用共陰顯示接法。將計算好的距離數(shù)據(jù)設(shè)置顯示緩沖區(qū)起始地址,顯示緩沖區(qū)中被顯示的字符的字形碼的地址偏移量預(yù)先制表放入。流程圖及部分源程序如下：圖4.4子程序流程圖DISP：MOVDPTR,#7F00H；指向8155控制口MOVA,#0DH；8155初始化MOVXDPTR,AMOVR7,#01H；從右邊第1位顯示器開始MOVR1,#30H；顯示緩沖區(qū)首地址送R1LOOP：MOVDPTR,#7F03H；指向8155控制口地址MOVA,R7；位控碼初值MOVXDPTR,AMOVDPTR,#7F01H；指向8155段控制口地址MOVA,R1；取待顯示數(shù)據(jù)MOVDPTR,#TAB；取字形段碼表首地址MOVXA,A+DPTR；查表獲取字形段碼INCR1；指針指向下一緩沖單元MOVA,R7JBACC.5,RETURN；判斷是否到最高位？返回RLA；不到,左移一位MOVR7,AAJMPLOOP；繼續(xù)掃描RETURN：RETTAB：DB0C0H,OF9H,0A4H,0B0H,99HDB92H,82H,0F8H,80H,90HDB88H,83H,0C6H,0A1H,86HDB8EH,0BFH,8CH,0FFH五、系統(tǒng)誤差分析及改進本文將從引起超聲測距誤差的原因入手,分析溫度對超聲波聲速的影響,回波檢測對時間測量的影響和超聲波傳感器所加電壓對測量精度和圍的影響。5.1誤差產(chǎn)生原因分析溫度對超聲波聲速的影響空氣中傳播的超聲波是由機械振動產(chǎn)生的縱波,由于氣體具有反抗壓縮和擴的彈性模量,氣體反抗壓縮變化力的作用,實現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。因此,超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響即：〔5-1其中B為氣體的彈性模量,r為氣體的密度。氣體彈性模量,由理想氣體壓縮特性可得：B=g·r,其中g(shù)為定壓熱容與定容熱容的比值,空氣為1.40,P為氣體的壓強。氣體的壓強為：〔5-2其中,R為普適常量8.314kg/mol,T為氣體溫度K<絕對溫度>,M為氣體分子量,空氣為28.8×10-3kg/mol。所以〔5-3由公式6-3可知,超聲聲速與空氣的溫度有密切關(guān)系。例如：20℃時,T=293.15,CS=344.2m/s；40℃時,T=313.15,CS=355.8m/s；-20℃時,T＝253.15,CS=回波檢測對時間測量的影響超聲波從超聲傳感器發(fā)出,在空氣中傳播,遇到被測物反射后,再傳回超聲傳感器。整個過程,超聲波會有很大的衰減。其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。設(shè)在距離超聲接收器x處有被測物,則空氣中傳播的超聲波波動方程描述為：A=A<x>cos<ax+kt>〔5-4其中A為超聲傳感器接收的振幅；A0為超聲傳感器初始振幅；α為衰減系數(shù)；x為超聲波傳播距離；w角頻率；k為波數(shù)。衰減系數(shù)α=b·f。其中b為空氣介質(zhì)常數(shù),f為超聲波頻率。由此可見,超聲波頻率越高,其衰減越快。同時超聲波頻率的過高會產(chǎn)生較多的副瓣,引起近場區(qū)的干涉。但是,超聲波頻率越高,指向性越強,這一點有利于距離測量。由于超聲回波隨距離的增加而變得十分微弱,所以在設(shè)計超聲接收電路時,要設(shè)計較大放大倍數(shù)<萬倍級>和較好濾波特性的放大電路,使回波易于檢測。超聲傳感器所加脈沖電壓對測量圍和精度的影響制作超聲傳感器的材料分為磁致伸縮材料和壓電材料兩種。超聲測距常用壓電材料傳感器,例如TR40壓電超聲傳感器。超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值會影響壓電轉(zhuǎn)換效率。當壓電材料不受外力時,其應(yīng)變S與外加電場強度E的關(guān)系為：S=d·E〔5-5其中d為應(yīng)變電場常數(shù)。超聲傳感器外加的脈沖電壓影響壓電材料的電場強度,從而影響其應(yīng)變量和超聲轉(zhuǎn)換的效率,進而影響超聲波幅值。這些會直接影響超聲波的回波幅值。所以,為提高壓電轉(zhuǎn)換效率,提高超聲測距精度和圍,應(yīng)盡量提高超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值。5.2針對誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進方案在實際應(yīng)用中,為了方便處理,超聲波常調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。測距系統(tǒng)一般由超聲波發(fā)送、接收、時間計測、微機控制和溫度測量五個部分組成。如何提高測量精度是超聲測距的關(guān)鍵技術(shù)。其提高測距精度的措施下：<1>合理選擇超聲波工作頻率、脈寬及脈沖發(fā)射周期據(jù)經(jīng)驗,超聲測距的工作頻率選擇f=40kHz較為合適：發(fā)射脈寬一般應(yīng)大于填充波周期的10倍以上即：T>0.25s,考慮換能器通頻帶及抑制噪聲的能力,選擇發(fā)射脈寬1ms；脈沖發(fā)射周期的選擇主要考慮微機處理數(shù)據(jù)的速度,速度趕快,脈沖發(fā)射周期可選短些。<2>在超聲波接收回路中串入增益調(diào)節(jié)<AGC>及自動增益負反饋控制環(huán)節(jié)因超聲接收波的幅值隨傳播距離的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減,所以采用<AGC>電路使放大倍數(shù)隨測距距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加的電路,使接收器波形的幅值不隨測量距離的變化而大幅度的變化,采用電流負反饋環(huán)節(jié)能使接收波形更加