一种高精度的超声波智能测距系统的设计方案

1.引言

1.1 国内外发展的概况

智能测距系统目前在国内有一定的研究水平，多用于汽车工业以及智能机器人的导航系统和相关领域。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。

超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用国内这一类的测距技术较为完善，但是这类系统外围电路相对复杂，显示部分不够形象，而且精度不高，大部分停留在厘米级别。

1.2 系统的功能、性能要求

本设计“高精度超声波智能测距系统”能够实现2cm-4m范围内的精确测量功能，精度可达0.1mm,LCD液晶屏汉字显示功能，以及距离分段报警功能。实物体积小、功耗低、便于嵌入到其他系统，具有一定的使用价值。

2.系统结构

2.1 系统结构框图

2.2 基本工作原理

通过单片机驱动程序在P1.2口产生40KHZ的方波经调解电路驱动超声波发射探头发生，遇到障碍物经反射由P1.1口超声波接收探头接收;经单片机内部定时电路计算时间，从而导出障碍物距离探头的距离由接在P0端口的LCD12864显示;距离阈值分为0-1m;1m-1.5m;1.5m以上三段不同频率报警。

3.硬件设计

超声波传感电路：

(1)采用IO触发测距，提供至少10us的高电平信号;

(2)模块自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回;

(3)有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间(340m/S))/2;如图2所示。