超声波传感器20

超声波传感器1、概述声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。次声波的振动频率低于l6Hz的机械波；声波的振动频率在16～20KHz之间的机械波，在这个频率范围内能为人耳所闻；超声波的振动频率高于20KHz的机械波。超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。PING超声波传感器如图1所示，主要由超声波发射器和超声波接收器两部分组成，它们都是利用压电材料(如石英、压电陶瓷等)的压电效应进行工作的。利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，产生超声波，以此作为超声波的发射器。而利用正压电效应将接收的超声振动波转换成电信号，以此作为超声波的接收器。图1PING超声波传感器2、性能参数：LED显示实时工作状态；工作电压：5V；工作电流：30mA典型，35mA最大；工作频率：40KHz；最大探测距离：3m；最小探测距离：2cm；输入触发器：上升沿触发；回波脉冲：正TTL高电平脉冲宽度.；下一次测量的延时：20ms；重量：0.9g；尺寸（长x宽x高）：22mmx46mmx16mm。3、接线说明（1）电路连接图，如图2所示：图2电路连接图（2）安装接线图，如图4所示：该传感器安装云台包含一个0~180°旋转的伺服电机（舵机）和铝合金支架以及安装螺丝如图3所示。将云台安装在宝贝车机器人（或其它机器人）上，把超声波传等感器安装在云台上，即可以在程序的控制下对0~180°的环境进行快速扫描，以辨别障碍物的距离。利用获取的信息，您可以有效地、尽可能避免障碍物，从而导航机器人，或者紧跟您想跟踪的目标。图3图4安装接线图4、工作原理超声波传感器的测距原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。设超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S，即：S=340t/2该超声波的发射波频率是40KHz，传感器实际上是由单片机来控制工作的：发射探头发射一组5个超声波脉冲后，输出电平由高电平转为低电平；等到接收探头接收到足够强度的反射超声波信号时，输出信号由低电平转为高电平。所以在实验的过程中，可以观察到随着反射板到探头的距离变化，传感器输出波形的“脉冲”宽度也会对应的发生变化，测试距离越远，脉冲的宽度越宽。因此，计算出脉冲的宽度就可以计算出反射板到探头的距离。发射的两组脉冲间隔时间约为18ms，对应的测试距离为3.069m。所以，该型号的超声波传感器的最远测试距离是3米。为了消除发射电路强电磁脉冲对接收电路的影响，在发射电路发射脉冲后，接收电路需延时大约1ms，才能正常接收信号。在设计中为保险起见，这个时间被设计成1ms，对应的最短测试距离约为2cm，所以PING超声波传感器的测试范围在0.02～2.5米是有技术保证的。另外，空气中的声音传播速度不是一个固定的值，通常我们所认为的340m/s是一个大概的数据，在不同的温度下这个数据会有一些变化。其传播速度的修正公式为S=331.4×(1＋t/273)^0.5，t为空气温度。作为常温下的测试，可以就认为声速为346m/s（按25℃计算）。超声波传感器的工作原理图，如图5所示：图5超声波传感器工作原如图3所示，使用超声波传感器进行测量，需要测量声波返回的时间，然后根据声速再空气中的传播公式，求出探测物体与超声波传感器之间的距离。5、程序流程图，如图6所示：主程序如下：图6程序流程图6、程序说明如图7所示，给SIG引脚输入一个高电平的脉冲，经过5μs左右，SIG引脚自动降为低电平。当检测到SIG引脚为高电平时，表示声波发射，低电平表示检测到返回的超声波。则Tin即为所需时间。图7程序说明图