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超声波测距原理及制作集锦

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。正因为这样，超声波测距也成为ROBOTDIY的热门话题，这里我们收集了ROBOTDIY上相关的一些文章及讨论，希望对大家有所帮助。

本人也制作过相关的电路，心得如下：

1. 40KHz超声波的生成：

   我是通过Microchip的MCU生成的，4MHz晶振，4分频，因此每个指令周期为1us，采用13us+12us来生成40Hz的方波。HJJrobotdiy认为这种方法不妥，请参考：拙见：这里的部分超声波测距文章有点问题。我个人觉得不会有太大的影响，如果采用硬件来生成，会增加硬件的复杂性。LM555 LM567都可以使用，不过最好使用ICM 7555，这是CMOS IC，比LM555省电。

2. 超声波的放大

   用FET（场效应管）最简单，我用2N7000，电路如下，可以适当增加驱动电压来增大发射功率。

   

3. 接收放大，参考：《★★★超声波测距模块前置电路资料发布★★★》和Proximity Detector Features Ultrasonic Transducers (pdf 文档，MAXIM提供，使用MAXIM运算器)。由于需要放大的倍数较大，电路很容易自激。需要注意：
   1. 在制作电路板时，注意地线一定要大。
   2. 适当选择每一级的放大倍数。
   3. 在前面两级防大和最后一级放大之间（假定你用3级放大），可以加上检波器。
   4. 最后用比较器生成方波，例如LM393。
   5. 前面2级放大推荐选用JFET输入的放大器，例如LT082/084。
4. 在计时方面，我使用了Microhip MCU里的Capture功能，如果其他片子没有这个功能，可以用中断来实现。

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ROBOTDIY相关文章：

1. 用AT89C2051设计超声波测距仪
2. 超声波测距系统的电路设计
3. 机器人超声测距数据的采集与处理

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ROBOTDIY技术论坛相关讨论：

1. ★★★超声波测距模块前置电路资料发布★★★
2. 国外的几个超声波测距电路
3. 拙见：这里的部分超声波测距文章有点问题

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参考文献：

1. 复合环路锁相系统设计及其测时应用
   Complex Loop Phase System Design & Application in Time-Measurement

   南京大学电子科学与工程系 林玮

   摘要：

   锁相环路（PLL）是一种相位反馈控制系统。当环路锁定状态时，环路输出无剩余平均频差，但始终存在一固定的剩余稳态相位差。这是锁相环一个重要特征。

   在频率同步设备系统中，在一定条件下锁相环路可以给出很高的参数指标，但是高精度测量系统中有时不仅要求频率同步、而且要求相位同步。尤其在精密时间测量时，对稳态相位差提出极高的要求。

   本文分析了锁相环路在超声波传播速度测量中应用的原理以及稳态相差对测速的影响。并且分析了复合环路提高锁相精度的原理和方法，以及利用TI公司的TLC2932（PLL集成电路）为主构成的系统。使超声波测速系统的测时精度达到10－7量级。

   关键词：锁相环路、稳态相差、测时系统、超声波速度

    

2. 泊车用超声波测距仪的研制
   作者：邱瑞昌

   
   摘要：本文论述了采用单片机技术研制成功的泊车用超声波测距仪的基本原理，测量计算方法，实现方案。采用软件校正，提高了测量精度和整机的可靠性。实际使用表明，极大的提高了泊车时的安全性。

   关键词：超声波 测距 单片机

    

3. Proximity Detector Features Ultrasonic Transducers (pdf 文档，MAXIM提供，使用MAXIM运算器)