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用超聲波傳感器提高比較距離大小精度的設(shè)計

0 引言

超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化,分為發(fā)送器和接收器,頻率為40kHz左右。在發(fā)射超聲波的時候,將電能轉(zhuǎn)換,發(fā)射超聲波;而在收到波的時候,則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。一般用超聲波傳感器來測距 。

1 比較距離方法的提出

要比較AC和BC的大小,見圖1。如果采用超聲波測距方法,測距的原理一 般為時間差法,即測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的總時間,再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離,即:

L=vt/2 (1)

其中:L一 傳感器與障礙物之間的距離; V一 聲波在介質(zhì)中的傳輸速度.

用以上方法測出,AC和BC長度,然后得出結(jié)果。根據(jù)公式 (1)可知,測距誤差主要由傳播速度和傳播時間t的誤差所引起的,如果測量精度要求稍高,就要對最后的結(jié)果作修正,例如為了減少溫度對聲速的影響,就要做溫度補償,電路比較復(fù)雜,誤差一般是厘米級別的….

本文提出一 種新穎的設(shè)計,可以利用非常簡單的電路完全避免由于傳播速度和傳播時間所產(chǎn)生的誤差而高精度地比較距離的大小。首先本設(shè)計的目的不在于長度本身,而關(guān)鍵在于長度的比較。我們在c處裝一超聲波發(fā)射器,在A、B 處分別安裝與之匹配的超聲波接受器 。問題就可以歸納為是:從同一個超聲波發(fā)射源c發(fā)射信號,兩個 超聲波接收源A和曰接受信號的先后次序,如果日先接受到信號,則就是表示BC<AC,所以設(shè)計電路的關(guān)鍵是檢測兩個接受器接收信號的先后順序。

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圖1 長度比較

本文提出一種新穎的設(shè)計,可以利用非常簡單的電路完全避免由于傳播速度和傳播時間所產(chǎn)生的誤差而高精度地比較距離的大小。首先本設(shè)計的目的不在于長度本身,而關(guān)鍵在于長度的比較。我們在c處裝一超聲波發(fā)射器,在A、B處分別安裝與之匹配的超聲波接受器。問題就可以歸納為是:從同一個超聲波發(fā)射源c發(fā)射信號,兩個超聲波接收源A和日接受信號的先后次序,如果日先接受到信號,則就是表示BC<AC,所以設(shè)計電路的關(guān)鍵是檢測兩個接受器接收信號的先后順序。

2 電路設(shè)計

超聲波發(fā)射電路有軟件和硬件兩種方法,本設(shè)計用的是軟件方法,電路可以參考文獻。在超聲波接收電路的考慮時,先考慮了比較通用且方便的紅外遙控接收芯片CX20106這一方案。CX20106接受與其中心頻率相符的信號時,7腳就輸出低電平,考慮通過兩個接收芯片接收低電平的不同來判斷 ,但是困難是 :
一、不能判別出接收到第一個波形和第二個相同相位波形的差別 ;
二 、經(jīng)過實際試驗,當(dāng)BC和AC相差10mm時,示波器上觀察不出兩個輸出低電平的差異。故終止次方案 .

經(jīng)過下面簡單分析 :

超聲波傳感器發(fā)射波40kHz。即周期:

T =25 ×10-6 S.

以聲速為340m/s計,一個40kHz的超聲波經(jīng)過的距離為 :

L :340 ×25 ×10-6 =8.5 mm =8.5 ×10-3m

如果要高精度地比較AC和 BC的距離,就需要能精確地判斷A、B到達(dá)的順序,這里有兩個需要考慮的問題 :

(1)電路能判斷兩個接收器接收的是發(fā)射器發(fā)射的第幾個周期的信號,例如,A接收了3個周期的信號,B接收了2個周期的信號,A離發(fā)射器距離自然近了:

(2)A、B接收器接收的波形相差是一個周期之內(nèi)的,也要能判斷誰先誰后。

以下設(shè)計的電路能達(dá)到上面這兩個要求,并且精度更高,見圖2.

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圖 2 信號處理圖

由單片機發(fā)射8個周期以上40kHz的超聲波, 超聲波在空氣中傳播的衰減程度隨傳播距離的增加而增大,所以被接收頭收到的信號比較微弱,不能直接送 入后級處理,超聲波接收器A、B接收信號后用相互對稱的電路對信號作放大處理,并且把放大出來的正弦信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號A、B,各自作為計數(shù)器A、B計數(shù)器計數(shù)沖,計數(shù)器 A、B 計算著由超聲波接收器接收來的信號周期的個數(shù),當(dāng)某個計數(shù)器先記到1000時 (即接受器收到8個超聲波時 ),或門輸出由0變?yōu)?,此時計數(shù)器的數(shù)據(jù)就由D觸發(fā)器輸出,單片機通過D觸發(fā)器傳來數(shù)據(jù)的大小來判斷距離的大小。

3 結(jié)果分析

根據(jù)以上電路圖,對A、B兩路信號進行分析,見圖3.

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圖3 相差一個周期以上波形分析

上圖分析中,連續(xù)發(fā)射9個周期的超聲波,接受器A接收到8個周期的波形時,即計數(shù)器B的第8個上升沿到來時,計數(shù)器曰第7個上升沿還沒到,所以此時或門由0變?yōu)?,上升沿到D觸發(fā)器,此時單片機的得到的數(shù)據(jù)是:A路是8, B路是6;可以判斷:發(fā)射器到A接受器近而到B接受器遠(yuǎn),AC < BC,這是兩者距離超過一個周期以上距 離的情況。 當(dāng)兩者的距離不到一個周期時,見圖4.

(4)高職院校IT專業(yè)學(xué)生Threat分析在給高職學(xué)生更多機會的同時,當(dāng)然在IT行業(yè)要求專業(yè)技能水平不斷更新且行業(yè)轉(zhuǎn)型要求周期短、快,對高職院校IT專業(yè)的學(xué)生而言,這無疑是一種最直接的威脅,故學(xué)生在創(chuàng)業(yè)的過程中,必須不斷開辟專業(yè)新領(lǐng)域,汲取新的科技技術(shù)和知識,不斷充電,推動企業(yè)發(fā)展,帶來新活力。面對市場競爭 激烈、技術(shù)知識不斷更替背景下,必然要求他們須具更遠(yuǎn)的職業(yè)規(guī)劃和更高的職業(yè)素養(yǎng)以適應(yīng)行業(yè)前進發(fā)展。

從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視角下分析IT專業(yè)學(xué)生S、W、O、T 四個方面既相互獨立同時又是共存的。學(xué)生必須結(jié)合社會需求、IT企業(yè)、學(xué)校等多方形勢變化,清楚各種威脅,把握機會,揚長避短,積累更多的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐經(jīng)驗。

3 結(jié)語

當(dāng)前高職高專IT專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)過程還存在一定的誤區(qū),過分強調(diào)以市場和就業(yè)為導(dǎo)向,忽視了職業(yè)人一種可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)。故高職院校在創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新教學(xué)實踐過程中,須根據(jù)本校實際情況,深入走訪調(diào)研,針對IT專業(yè)學(xué)生從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視角下的SWOT分析以及高職院校學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃制訂一套切實可行的人才培養(yǎng)方案,以真正培養(yǎng)“高素質(zhì)、技能型”人 才 。

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