超声波测距电子电路设计详解 —电路图天天读（176）

2022-05-10 09:37分类：电路图阅读：

　　在独立走动智能机器人系统软件中，智能机器人要建立在不明和不确定性自然环境下走动，务必即时收集自然环境信息内容，以完成躲避障碍物和导航栏，这需要借助能完成认知自然环境数据的感应器系统软件来完成。视觉效果、红外线、激光器、超音波等感应器都是在走动智能机器人中获得广泛运用。因为超声波传感器方式机器设备简易、价格低、体型小、设计方案简易、便于保证实时处理，而且在检测间距、测量精度等领域能做到工业生产适用的规定，因而取得了普遍的运用。文中所介紹的智能机器人选用三方超声波传感器系统软件，该系统软件能为智能机器人鉴别其活动的正前方、左侧和右侧自然环境而给予有关健身运动间距的信息内容。

　　超声波传感器基本原理

　　超音波产生器內部由2个压电式片和一个共振板构成。当它的两方面另加差分信号，且其頻率相当于压电式芯片的具有震荡頻率时，压电式芯片可能产生共震，并推动共振板震动，便造成超音波。相反，假如两方面间没加外工作电压，当共振板接受到超声时，就变成超音波信号接收器。超声波传感器一般有这两种方式：①取輸出脉冲信号的均值工作电压值，该工作电压与间距正相关，精确测量工作电压就可以精确测量间距；②精确测量輸出脉冲信号的总宽，即发送超音波与接受超音波的间隔时间t，依据被测距离s=vt？2来获得精确测量间距，因为超声波速度v与气温相关，因此假如环境温度变动非常大，应根据温度补偿的办法多方面校准。

　　本检测系统选用第二种方式，因为测量精度规定并不是非常高，因此能够觉得溫度基本上不会改变。本体系以PIC16F877单片机设计为关键，根据程序编程完成其对外围电路的实时处理，并供应给外围电路需要的数据信号，包含頻率震动数据信号、数据处理方法数据信号等，进而简单化了外围电路，且可移植性好。系统软件硬件配置电源电路程序框图见图1。

　　图1 系统软件硬件配置电源电路程序框图

　　因为本系统软件只须要清晰智能机器人正前方、左侧、右侧是不是有阻碍物，并不一定了解阻碍物与智能机器人的实际间距，因而不用表明电源电路，只必须设置一间距阈值，使阻碍物与智能机器人的间距做到某一值时，单片机设计操纵智能机器人电动机转停，这可根据程序编程完成。

　　超音波发送电源电路

　　超音波发送电源电路以PIC16F877为关键，当单片机设计通电时，单片机设计从RA0口造成40kHz的超音波数据信号，可是这时该数据信号没法根据与非门进到运算放大器使超音波发送头发送超音波，仅有合闭电源开关S1时，从RA1口发送出一门控数据信号，该讯号的次数为4kHz，与此同时运行单片机设计里面的计时器TMR1，逐渐记数。该自动门数据信号每发送一个周期时间的波型，超音波便会发送10个详细的波型，这可由他们的頻率得到。超音波的周期时间为1（40kHz）=01025ms，而自动门数据信号的周期时间为1（4kHz）=0125ms。最终依据s=vt2算出阻碍物与工业机械手的间距。当超音波接受头接到反射面过来的超音波时，电子计数器终止记数，時间t 能够依据电子计数器的记数与自动门数据信号的周期时间求出。RA2口接RS触发器，RS触发器能够自动控制系统超音波的发送和终止。本体系的电源电路还涉及人力延时电路，由单片机设计的MCLR脚位接S2来操纵，超音波发送原理图见图2。

　　图2 超音波发送原理图

　　自动门电源电路（RS触发器）

　　为完成对超音波发送和接受的自动控制系统，须在电源电路里加一门控电源电路，该自动门数据信号頻率为4kHz，如把輸出单脉冲做为水利闸门数据信号，让已经知道頻率fc的单脉冲正好根据水利闸门，那麼t=NTc，在其中，Tc为已经知道单脉冲的周期时间，N为单脉冲的数量。自动门电源电路由RS触发器构成，当键入端R=1（S=0）时校准，即輸出端Q=0;当R=0（S=1）时置位，即Q=1。RS触发器与51单片机的RA2口相接。

　　超音波运算放大器

　　超音波运算放大器由三极管等构成，因为单片机设计RA口数最多仅有20mA～25mA下拉电流量，而超音波信号发射器最少必须60mA的电流量，因此在与非门后加一级运算放大器来变大电流量，以进行超音波的发送。超音波变大发送电源电路见图3。