专利名称：一种高精度超声波测距装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高精度超声波测距装置，用于室内或室外各种场合下中、近距离的非接触测距，测距精度可达毫米级。
背景技术：
超声波是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的速度传播，具有定向性好、 能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强等优点。超声波传感器可广泛应用于非接触式检测方法，它不受光线、被测物颜色等影响，对恶劣的工作环境具有一定的适应能力，检测比较迅速、方便，计算简单，易于做到实时控制，因此在水文液位测量、车辆自动导航、汽车倒车雷达、物体识别等领域有着广泛的应用。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△〖，然后求出距离S。在超声波传播速度V已知的情况下，距离S 的计算公式如下S = V Δ t/2在空气中，常温下超声波的传播速度大约为340m/s，但其传播速度V易受空气的温度、湿度、压强等因素的影响。因此，在实际应用中若仅仅通过温度补偿的方法对传播速度加以校正，则很难获得毫米级的测距精度。
发明内容超声波测距装置在某些应用场合，例如浙青混凝土摊铺机自动调平控制系统，要求具有较高的测距精度。为了克服目前超声波测距装置所存在的测距精度不高的缺点，本实用新型提供一种能够使测距精度达到毫米级的高精度测距装置，并已成功应用于摊铺机自动调平控制系统产品中。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是测距装置包括超声波传感器、 单片机、驱动与转换电路、液晶显示模块及电源。在超声波传感器的下端正对被测物体的方向，固定一用细钢丝做成的U形补偿杆，并通过单片机控制超声波的发射与声波传播时间的测量。工作时，单片机分别测出从开始发射超声波至接收到U形补偿杆底部回波的时间差Atl以及接收到被测物体回波的时间差At2。由于超声波传感器工作端面距补偿杆底部的距离Ll已知，所以根据实测的时间差Atl以及Ll便可计算出当前测量环境下的超声波实时传播速度V，再利用时间差At2便可求出被测物体的精确距离，测量精度可以达到毫米级。测距装置采用AT89S52型单片机以及测距量程为两米的UB2000-30GM-H3型超声波传感器，传感器具有一超声发射触发端和一回波脉冲输出端，触发端和输出端通过驱动和转换电路与单片机的Pl 口相连。测距时，单片机向传感器输出一触发脉冲并测出从发射到接收到回波脉冲的时间差，然后通过0CM12232C-1型液晶显示器将计算出的实际距离显示出来。本实用新型的优点是，通过在超声波传感器下方固定U型补偿杆的方法，实现了超声波传播速度的实时校正，测距装置的结构简单，实现容易，测距精度高，实用。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是实例的传感器及补偿杆结构图。图2是实例采用的单片机电路原理图。图3是实例采用的超声波传感器发射驱动及电平转换电路原理图。图4是实例采用的液晶显示模块电路原理图。图5是实例的电源电路原理图。图中1-传感器壳体上盖，2-传感器壳体，3-U形补偿杆，4-被测物体，5-接线插头，6-超声波传感器。
具体实施方式
在图1中，超声波传感器6通过螺纹固定在圆筒形、由铝合金制成的传感器壳体2 内，传感器的引线通过壳体上盖1上的插头5引出，圆筒形、由铝合金制成的壳体上盖1通过螺纹固定在壳体2的上端。U形补偿杆3固定在壳体2的下端面，补偿杆3的底部距传感器底部工作端面的距离为220 250mm，此距离不能太短以避开传感器的工作盲区。补偿杆用细钢丝制成，钢丝不能太细，否则一方面反射波太弱，不易接收到回波；另一方面刚度也太小，容易变形，从而影响测量精度及结果。直径取1. 5 2mm为宜。测距装置采用ATMEL公司生产的AT89S52型单片机。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含池Bytes Flash只读程序存储器，256Bytes的随机存取数据存储器，3个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口以及看门狗(WDT)电路等，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。时钟频率为0_33MHz，本测距装置的单片机晶振选用12MHz。图2所示为AT89S52单片机的最小系统。在图3中，接插件J6与超声波传感器的引线相连，超声波的发射由单片机的P1.0 口来控制，并通过一 NPN型三极管Q8实现驱动。三极管接成集电极开路形式，输出高电平时便可触发超声波传感器发射超声波。超声波传感器平时输出低电平，当收到超声波回波信号时其输出一幅值约为IOV的脉冲电压信号，此信号与单片机的TTL电平不兼容，经由三极管Q7组成的电平转换电路转换成5V的脉冲信号。该输出脉冲信号经反相后与AT89S52 的引脚T2EX(P1. 1)相连，在信号有负跳变时可立即触发T2的外部捕捉中断功能，以便减小计数误差，提高计时和测量精度。两个三极管均可选用8050。在图4中，0CM12232C-1型液晶显示模块与单片机之间采用串行接口方式，引脚 SCLK为时钟输入端，与单片机的Pl. 2 口相连。引脚STD为串行数据线，用来在单片机与液晶模块之间传递指令和数据，与单片机的Pl. 3 口相连。引脚CS与单片机的Pl. 4 口相连， 为数据传输的使能控制端。在图5中，测距装置所用的+5V直流电压由输入的12V电压通过三端稳压器7805获得。
权利要求1.一种高精度超声波测距装置，包括超声波传感器、单片机、驱动与转换电路、液晶显示模块及电源，其特征是在超声波传感器的下端正对被测物体的方向，固定一用细钢丝做成的U形补偿杆。
2.根据权利要求1所述的超声波测距装置，其特征是超声波传感器(6)通过螺纹固定在圆筒形、由铝合金制成的传感器壳体( 内，传感器的引线通过壳体上盖(1)上的插头 (5)引出，圆筒形、由铝合金制成的壳体上盖⑴通过螺纹固定在壳体(2)的上端，U形补偿杆(3)固定在壳体O)的下端面。
专利摘要一种高精度超声波测距装置，用于室内或室外各种场合下中、近距离的高精度非接触测距。测距装置在超声波传感器的下端正对被测物体的方向，固定一用细钢丝做成的U形补偿杆，并通过单片机控制超声波的发射与声波传播时间的测量。测距时，单片机分别测出从开始发射超声波至接收到U形补偿杆底部回波的时间差Δt1以及接收到被测物体回波的时间差Δt2。由于超声波传感器工作端面距补偿杆底部的距离L1已知，所以根据实测的时间差Δt1以及L1便可计算出当前测量环境下的超声波实时传播速度V，再利用时间差Δt2便可求出被测物体的精确距离，测量精度可以达到毫米级。
文档编号G01S15/08GK202025082SQ20112004454
公开日2011年11月2日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者梁杰 申请人:山东交通学院