董公升亮senscomp公司的超聲波測距系統包括兩個部分，分別是測距模組（6500）和靜電換能器（600）。前者驅動後者，後者負責傳送和接收超聲波，之後使用者便可根據超聲波發收這一時間間隔計算出與目標物之間的距離。經過多次戶外實驗與優化，目前可實現一片微控制器對4個超聲波測距模組的控制，並且每個的探測距離都可達到10公尺左右。
一、 超聲波測距原理
超聲波是指頻率高於20khz的機械波。為了以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波換能器或超聲波探頭。
超聲波換能器有傳送器和接收器，600系列換能器同時具有傳送和接收聲波的作用。超聲波換能器是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化，即在發射超聲波的時候，將電能轉換，發射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉換成電訊號。
超聲波測距原理也很簡單，就是測出超聲波從發射到遇到障礙物返回所經歷的時間，再乘以超聲波的速度就可以得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。
即：d=c*t/2。其中，d為600換能器到障礙物之間的距離；c為超聲波此時在空氣中的傳播速度；t為超聲波的發收時間。
在空氣中，聲波的傳播速度一般受溫濕度的影響，在沒有溫濕度感測器或對測量精度要求不高的情況下，一般取340m/s。在以上幾次實驗中，程式中採用c=340m/s。
二、6500驅動模組
我們所採用的這款6500驅動模組，手冊上說可以實現6英吋-35英呎（0.152m-10.668m)的準確測距，但由於所採用的600模組是自發自收的，在傳送過程中從障礙物返回的訊號就無法捕獲。
另外，超聲波換能器有一定的慣性，傳送結束後還留有一定的餘振，這種餘振經換能器同樣產生電壓訊號，擾亂了系統捕捉返回訊號的工作。因此，在餘振未消失以前，還不能啟動系統進行回波接收（要等待2.38ms），以上兩個原因造成了超聲感測器具有測量一定的測量範圍。
模組最近可以到測量37cm。當然實際實驗過程中會在這些標準上稍有浮動。該模組操作簡單，但要特別注意的是它的雜訊干擾問題。
該模組共有九個引腳如圖1。
圖11引腳：接地
2引腳：blnk，多返回模式時，用於控制（拉低）echo訊號
3引腳：不用
4引腳：init，拉高啟動模組發射超聲波。拉低時，echo也同時拉低
5引腳：不用
6引腳：osc，6500模組內部時鐘，一般用不到
7引腳：echo，當超聲波遇到障礙物返回至換能器時，該引腳拉高。該引腳需要乙個470kω的電阻上拉至vcc
8引腳：binh，可使能探測37cm以內的障礙物
9引腳：vcc，4.5v-6.8v供電，我們採用5v供電
說明：在這9個引腳當中，我們只用到其中的4個（vcc，gnd，init，echo）。另外一點值得強調的是，由於blnk和binh受內部雜訊影響比較大，因此這兩個引腳直接連線到gnd。
並且6500模組與微控制器控制板之間的連線排線長度盡量要短。
6500驅動模組具有兩種工作方式。第一種工作方式測量的是換能器到其前方第乙個障礙物之間的距離。第二種工作方式可探測多個障礙物的回波，其區分能力為間隔3英吋以上的障礙物。
圖2 單返回模式，控制時序例項
三、600系列換能器
此超聲波換能器是集傳送與接收一體的一種換能器。感測器裡面有乙個圓形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面塗了一層金屬薄膜，在其背面有乙個鋁製的後板。薄片和後板構成了乙個電容器，當給薄片加上頻率為49.
4khz、電壓為300vacpk-pk左右的方波電壓時，薄片以同樣的頻率震動，從而產生頻率為49.4khz的超聲波。當接收回波時，6500內有乙個調諧電路，使得只有頻率接近49.
4khz的訊號才能被接收，而其它頻率的訊號則被過濾。
換能器在將電訊號轉化成聲波的過程中，所產生的聲波並不是理想中的矩形，而是乙個類似花瓣一樣形狀，傳送超聲波的波束角大約為30度，見圖3。在實際應用中，該波束應為乙個立體的圓錐形，這也導致兩個問題：
1） 隨著探測距離的延長，探測障礙物方位的準確性下降。即無法對障礙物進行準確定位。
2） 探測距離越遠，能量擴散越嚴重，在障礙物不理想的情況下，返回訊號減弱，以至於在標準探測範圍內，返回脈衝也達不到600換能器的判斷閾值。
圖3四、 微控制器控制模組
系統採用pic30f4011控制晶元，同時整合串列埠和can匯流排兩種資料傳輸方式。該電路共配置了8個6500模組介面，目前已經用到了其中的4個。為了減小相互之間的干擾，每個模組之間都採用了lc濾波電路。
同時在每個模組的電源到地之間增加了乙個1uf的旁路電容和乙個470uf的鋁電解電容，前者用來消除內部干擾對binh引腳的影響，後者起儲能作用，這兩者視情況可選擇使用。其電路連線如圖4，pcb佈線如圖5。兩者中的電感用相近引腳間距的電容做了代替。
圖4圖5
五、 程式控制模組
由於該微控制器控制多個超聲波測距模組，因此在程式設計過程中要首先考慮到各個模組之間的相互影響，最基本的要求是某乙個模組突然的硬體錯誤不會對其他模組的正常執行造成影響。最初考慮到在ucos-ii上進行程式設計，但實施過程中發現要借用互斥訊號量與多個郵箱，任務多且複雜，既費時又費力，並且會對超聲波往返時間的計時產生影響，同時也使對程式的閱讀更加困難。最終放棄了這個方案。
新方案採用多重迴圈來進行模組控制排程，為避免陷入死迴圈，程式中採用了goto語句。在此程式中，我們定義了乙個整型變數con6500，讓他分別等於1、2、3、4來分別控制這四個模組，同時還用到了3個定時器：
timer1：用於設定6500模組探測週期。
timer2：用於記錄各個模組超聲波往返時間。
timer3：用於防止某一模組超時。
程式中對各個模組的返回引腳均採用查詢的方式，整個程式的關鍵**如下：
int main(void)
}}/*定時器1中斷服務程式*/
void __attribute__((__interrupt__)) _t1interrupt(void)
if(con6500==2)//判斷sonarlock=1是為了防止6500-1不工作
//……
}六、 關於雜訊干擾
雜訊問題是必須要注意和解決的問題，否則它將影響測距模組的可靠性和準確性，有時甚至會直接導致其無法正常工作。對超聲波測距模組產生的干擾主要包括內部干擾和外部干擾。
1、 內部干擾
內部干擾主要來自超聲波傳送時產生的傳送脈衝， 6500模組的內部電路見圖6。
圖6其中tl851是乙個數字12步測距控制積體電路。內部有乙個420khz的陶瓷晶振，6500系列超聲波距離模組開始工作時，在傳送的前16個週期，陶瓷晶振被8.5分頻，形成49.
4khz的超聲波訊號，然後通過三極體q1和變壓器t1輸送至超聲波感測器。傳送之後陶瓷晶振被4.5分頻，以供微控制器定時用。
在發生脈衝的過程中，通過示波器觀察，會發現在gnd和binh上會有多個尖峰脈衝，其峰峰值有時甚至達到4v，這將導致在傳送超聲波時，echo引腳被突然拉高，從而導致根本無法探測障礙物。其原因為binh引腳對噪音過於敏感，官方提供的解決辦法為將binh直接連線到地，同時在vcc與gnd之間加1uf的旁路電容。但在實際應用過程中我們發現，即便單個模組除錯成功，當將多個6500模組整合在乙個板子上同時工作時，仍會有干擾發生從而影響某乙個或幾個模組的正常工作。
經過反覆除錯，我們發現有必要在6500模組排線的末端加一大容量的鋁電解電容來穩定供電電壓濾除噪音。
tl852是專門為接收超聲波而設計的晶元。因為返回的超聲波訊號比較微弱，需要進行放大才能被微控制器接收，tl852主要提供了放大電路，當tl852接收到4個脈衝訊號時，就通過rec給tl851傳送高電平表明超聲波已經接收。由此可見，當返回超聲波訊號太弱或者達不到4個返回脈衝時，將不能實現準確測距。
超聲波測距外文翻譯
摘要 本演示處理了測量距離的超聲波感測器在當前環境中的準確性。作為乙個測量感測器的選擇sfr08型配備了允許定址的ic通訊介面。這一事實使得建立感測器陣列變得簡單。控制和視覺化系統是基於pc。ni usb 8451是作為通訊卡使用的。驗證測量的目標是確定實際的感測器精度，特別是當測量較長的距離。當評...
認識實習超聲波測距報告講解
harbin university of science and technology 認識實習報告 學院 自動化學院 專業 電子資訊科學與技術 班級 電技12 3 姓名 蔡成灼 學號 1212020301 日期 2015.1.9 任務書實習專案名稱 超聲波測距儀的研製 實習時間 2014.12.2...
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