在实际生活中,多数测量距离的方式有很大的缺点,在液面测量中,电极法检测液面是通过采用差位分步电极的方法,这样很容易使浸泡在水里的电极被电解和腐蚀掉,从而是测量的灵敏度下降。超声波测量距离可以有效解决电极法灵敏度差的缺点。目前,一些超声波测距系统在市面上价格高而且测量的精度低,为了解决超声波测距系统难以普遍应用到中小规模应用领域中,本文设计了一个高精度,成本较低的基于STC89C52控制器的具有温度补偿功能的超声波测距系统。
1。2超声波测距的发展现状趋势
随着超声波技术的持续发展,国内学者都在关注如何研发出高品质的超声波换能器来解决超声波测距系统的不足。现阶段,国内一些科研人员对新型的超声波换能器进行了深入研究并且获得了一定的成果,这种新型的超声波换能器可以提高最大探测距离、简化超声波发射电路。国内外对超声波测距技术做了很多的研究,超声波测出的距离主要取决于传输时间和波速,传输时间在很大程度上影响测量精度,因此,很多文献都采用减少传输时间所带来的误差来提高测量准确度[3]。超声波测距的关键是要测量出超声波的传输时间,可以采用回波探测法来测量超声波在空气中传输时间从而确定测量距离[4]。
然而这方面的钻研还不是很成熟,目前,采用发射单超声波脉冲的一般超声波测距系统是一种精度较高的系统。当系统采用频率较高的超声波时,由于空气吸收的影响,导致测量出来的距离减少,测距范围随着频率的减少会增大,但与此同时,测量的绝对误差会随之增加。因此发射单超声脉冲的方法使超声波传感器的应用受到了很大的约束。
现阶段常见问题的分析及解决:
(1) 存在盲区
在发射超声波时,由于惯性的原因,超声波换能器会产生余振。在此余振期间,回波信号和余振信号很难被区别开来,当接收传感器余振减弱到足够小和停止的时候,才能被允许接收信号。盲区就是因为在此期间无法检测到超声波的传播距离而出现的。为了使盲区的范围缩小,马志敏提出了新的解决办法,该方法可以自动依据测量距离的远近来调节发射功率。这种办法是能够降低电容电压的最大值 的初始值,从而使余振减弱的速度加快,也可以缩减盲区的范围。
(2) 超声波传播波速不固定
超声波的传播速度受温度等环境的影响,在常温下,超声波的速度是340m/s。如果温度变化很小,声速则被认为是不变的[5]。温度和超声波的速度有紧密。的联系,随着温度的升高,超声波的速度会增加。温度每升高1度,波速将增加0。6m/s。因此,如果想获得较为准确的速度值,可以通过检测温度的方法来获得较为准确的波速。
(3) 超声波探测器测量分辨力和探测角度范围的矛盾[6]
选用大波束角探测器的超声波测距,探测范围可以达到相应的要求,但是在这种情况下,系统具有很差分辨能力,而且目标的边界信息很难能被精确提供。超声波测距如果采用小波束角的探测器,此时可以克服大波束角探测器分辨能力较差的缺点,但是探测范围受到了一定程度的限制。针对这个不能两全的问题,金元郁等提出了相应的方法,这种方法使单套小波束角传感器被步进电机所驱动,该方法被使用后,大波束角探测器会有能够满足需求的的分辨能力,小波束角探测器能够提高它的实际探测范围。
超声波系统可以用模拟或数字电路来搭建,但是这些系统运行不稳定,难于调试,不易于电路的扩展,因此,目前普遍使用的系统是基于单片机等微控制器的测距系统