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。當評估感測器的精度時，不包括在所測量的資料的溫度補償。
超聲波感測器通常用於自動化的任務來測量距離，位置變化，電平測量，如存在檢測器或在特殊應用中，例如，當測量透明材料的純度。它們是基於測量超聲波的傳播時間的原則。這一原則確保可靠的檢測是獨立的顏色渲染的物件或其表面的設計和型別。
它可以可靠地檢測甚至液體，散裝材料，透明物體，玻璃等材料。他們使用的另乙個引數是他們在侵略性的環境中使用，不是非常敏感的汙垢和測量距離的可能性。超聲波感測器在許多機械設計中被製造。
對於實驗室用途，用於發射器和接收器單獨或在乙個單一的簡單的住房，對於工業用途，往往建造堅固的金屬外殼。有些型別允許您使用電位計或數字來調整靈敏度。此外，輸出可以在統一的版本中或直接以數字形式的模擬訊號直接中。
就感測器來說，可以通過通訊介面連線到pc，它是可以設定所有感測器的工作範圍和測量距離的詳細引數。
超聲對環境中的聲音具有相似的傳播特性。這是機械振動的粒子環境。超聲波可以在氣體、液體和固體中傳播。對於超聲波通常被認為是乙個頻率高於20千赫的聲音。
根據超聲波的用途可以分為兩類：
主動超聲：當應用表現出物理或化學效應。生成的輸出達到更高的值。超聲波用於清潔，焊接，鑽孔等。
被動超聲；輸出是在低得多（通常是小）值產生的對比度。他的主要應用領域是測量距離，檢測材料的缺陷和材料的厚度，測量液體和氣體的流量，以及醫療保健的診斷。聲音的速度取決於它移動的環境型別和環境的當前溫度。
某些材料的聲速顯示在表1中。
表1 材料中聲傳播的速度
2.1超聲波感測器
超聲波感測器的工作原理是測量通常一些很短的脈衝傳送和接收的傳送訊號的反射之間的時間差。基本的構建塊是發射器和接收器。發射器塊可以由兩種型別的換能器組成；
磁致伸縮換能器-工作在低頻率，其原理是基於磁性材料長度的力學變化。
壓電換能器-工作在高頻率，其原理是基於逆壓電效應。超聲波接收器是根據機械波的反射原理反射回電訊號。
圖1 超聲波感測器的方框圖
2.2 超聲波感測器srf08
超聲波感測器srf08有時也稱為聲納。它是超聲波障礙探測器。它能夠測量的距離高達11公尺。
感測器的測量的原則是超聲波訊號的第八個週期和40千赫頻率。。聲納測量傳送測試訊號和接收其反射之間的時間。測量值（個別反射）儲存多達16個可以從主系統讀取資料的暫存器。
根據這個原則，它遵循的乙個最大的優點是，這種感測器-測量物件的可能性只能處在理想的距離。該感測器通過ic匯流排進行通訊。這一事實允許您從感測器定址，還可以建立感測器陣列。
除了改變設定在生產中的基本位址，感測器能夠從單位和測量環境光的輸出變數中選擇。聲納也適用於神經網路。
2.3 感測器srf08的基本特徵
電源電壓：5伏直流
電流消耗：12毫安-測量，3毫安-延遲
頻率：40千赫
測量範圍：43公釐- 11000公釐
通訊匯流排：ic
基位址：0xe0（可調16個位址）
測光模式：多回波，記錄多達17個早期反射
單位：英吋、厘公尺、微秒
尺寸：43x20x17公釐
圖2 感測器srf08
感測器srf08暫存器列表如下。第乙個為只寫暫存器（0-2），其他的可用於讀寫。srf08共有36個暫存器。
表2 srf08暫存器
2.4 定址感測器和測量
測量過程首先在指令暫存器中寫入80到82。根據適當的單元的測量值的內容（英吋，厘公尺，微秒）。在人工神經網路（ann）的情況下，指定乙個83至85之間的和測量模式相同的給定的格式單位命令是有必要的。
感測器位址的變化可以通過將值從160到170寫入下表中的命令暫存器來完成。
表3 測量和定址srf08
在開始時，每個測量暫存器啟動復位，從十進位制值255（0xff）開始讀數。推薦的延遲時間是65毫秒。第乙個完成測量後捕獲的回波聲納位於位址2（msb）和位址3（lsb），，第二個回波在位址4、位址5，依此類推。
每乙個測量也使位於位址1的光感測器更新，記錄更多反射的優點是能夠在測量距離內檢測到多個物件。綜上所述，閱讀測量值可能在65毫秒後，或通過讀取暫存器的內容。如果讀取值≠255，那麼它便是乙個有效的測量結果。
當你需要改變測量範圍可以通過改變登記在位址0x2的值。值0x0表示43公釐的距離，值0xff代表11公尺的距離.依靠暫存器值和範圍包含以下公式：
範圍=【（記錄2）*43】+43 （公釐）（1）
基本感測器的位址是0xe0。它可以更改為其他16個位址之一 (0xe0, 0xe2, 0xe4, 0xe6, 0xe8, 0xea, 0xec, 0xee, 0xf0, 0xf2, 0xf4, 0xf6, 0xf8, 0xfa, 0xfc, 0xfe)。該位址可以在具有多個感測器的ic匯流排通訊的應用案例。
另一種可能性是位址0x00。使用此位址，您可以將資料寫入匯流排上所有連線的感測器。改變匯流排ic位址必須連線到乙個感測器。
換乙個位址必須進入連續三個命令序列（0xa0，0xaa，0xa5）需要改變他們的順序。作為第四命令，然後註冊乙個新的感測器位址。這個順序必須寫的位址0x00。
對於新位址不知道的感測器來說，推斷led的閃爍的數目時可能的，所以在led發出乙個長光之後，伴隨著連續的短閃爍。十進位制形式產生的位址可以通過以下公式計算：
位址=2*閃爍次數+224（十進位制）（2）
帶感測器的整個通訊系統由一台pc機和通用通訊卡ni usb-8451，它提供了兩個介面spi和ic。與感測器通訊已選定的i2c介面。
ic是乙個雙線序列匯流排。sda訊號是用於資料傳輸，scl訊號用於同步傳輸。
連線到匯流排的每個裝置都有乙個7或10位的設定在工廠的唯一位址。它用於選擇裝置。每個裝置必須有不同的位址。
在匯流排上可以連線裝置作為主、從，另外裝置也可以作為主從。匯流排是乙個多主的，這意味著，匯流排可以連線到乙個以上的主人。匯流排還具有用於在多個裝置同時傳輸時檢測衝突的能力。
【2】資料sda和scl時鐘訊號是雙向的資料線。訊號被固定到邏輯高電平通過上拉電阻接正電源電壓。連線到i2c匯流排上所有裝置的輸出必須是集電極開路型，這樣就可以實現與邏輯功能。【2】
匯流排上的通訊速度可能是不同的，以便連線到匯流排也較慢的裝置。其中乙個限制也適用-更高的傳輸速率-匯流排的最大長度越短。這種侷限性是由於在高的線的長度在寄生電容導體sda和scl的增加。
【2】預設情況下，通訊匯流排速度為100千位/秒（標準模式），在其他模式的通訊速度高：快速模式- 400千位/秒，快速模式加1兆位/秒，高速模式3,4兆位/秒，美國最高波特率（快速模式）是5兆位/秒。
由於各種裝置執行在不同的電壓水平對ic匯流排的連線是不固定的電平邏輯0（低）和邏輯1（高）。他們的值**於電源電壓的百分比：低電平電壓=0.
3電源電壓，高電平電壓=0.7電源電壓。
3.1 通訊協議
開始每個ic匯流排通訊起始於起始位、終止於停止位。通訊的開始，訊號sda由高電平變為低電平，scl訊號處於高電平。通訊結束時，訊號scl在高電平時，訊號sda的邏輯電平從低變為高電平。
圖3 通訊中的起始和停止位
啟動和停止通訊條件總是生成主站。當啟動通訊時該匯流排被認為是繁忙的，相反，當停止通訊時，匯流排被認為是空閒的的，在產生重啟條件而不是停止條件的情況下，匯流排保持忙。 在這方面，啟動和重啟被認為是相同的。
檢測啟動和停止條件非常簡單，如果乙個裝置連線到匯流排，有相應的硬體。然而，沒有這個裝置的微控制器必須至少每週期時鐘訊號檢查匯流排的狀態2次。【2】
開始每個i2c匯流排通訊由起始位開始，由停止位結束。 通訊的開始通過將訊號sda的邏輯電平h改變為l電平來定義，而scl訊號處於邏輯電平h。結束通訊被定義為當訊號scl是邏輯電平h時邏輯電平l到電平h訊號sda的改變。
也在邏輯電平h.【2】
圖4 通過can匯流排傳輸的位元組
3.2 ni usb-8451 卡
ni usb 8451卡是高速（12mb / s）usb 2.0卡。 該卡可連線到ic和spi匯流排，還包括通用di / o埠。
該卡支援ic匯流排的通訊速度為32khz至250khz，spi匯流排的通訊速度為48khz至12mhz。 【1】
圖5 ni usb-8451卡
ni usb-8451的基本引數：
電源：usb（4.1 伏至5.25 伏直流，最大500 毫安）
針腳數：32
連線埠：端子
尺寸：8.18厘公尺x 8.51厘公尺x 2.31厘公尺（包括端子）
表4 ni usb-8451連線
3.3通訊方案
超聲波感測器通過i2c匯流排連線。 有2個上拉電阻連線到電源電壓。 它們用於在匯流排的空閒狀態下調整h邏輯電平。
此外，在板上還連線有兩個電容器c，其在測量期間在感測器的較高電流消耗下穩定電源電壓。
圖6 感測器和ni usb-8451卡連線
圖7 流程圖
該應用程式是在labview圖形程式設計環境中開發的。 為使用者建立了乙個圖形介面，允許您指定測量，讀取結果並根據需要進行調整。
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