超声波传感器范文

超声波传感器篇1

【关键词】超声波；散雾；自动控制；频率

目前国内外对超声波的研究很多，并且有许多与人们日常生活息息相关的应用。超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业上应用广泛。考虑到大雾导致车祸对人生命健康的极大危害以及超声波的优越性，我们有了对这个题目进行研究的想法。

1.关于超声波的研究

超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，该特性就越显著［1］。功率特性——当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大［1］。由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。空化作用——当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，加速化学反应，这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用［2］。另外超声波还具有化学效应。

现在我们介绍有关超声波散雾的知识，一定频率的超声波作用与雾滴也会发生作用，雾滴在吸收超声波的同时与此超声波产生共振，发生共振时，雾滴的结构发生破碎或碰撞，达到驱雾散雾的实施目的。这就给我们这个研究项目，利用超声波来散雾，提供了理论依据。

超声波对自然雾气中粉尘颗粒具有聚结的作用，从而能加速沉降，沉降的结果使分散体系发生相分离［3］。可利用悬浮在流体(气体或液体)中的固体颗粒下沉而与流体分离。总的来说，超声波对非均一系统的作用，主要是利用声能使悬浮的颗粒积聚成比较大的颗粒，然后使之沉降，雾气中的雾滴在于超声波发生共振式，结构破碎，比重轻的水汽上浮，比重大的颗粒聚集并下沉，从而最终达到散雾的目的。

2.超声波除雾装置工作原理

当把超声波散雾的道理应用到实际中时，则是以超声波散雾电路的形式实现得（即除雾装备），其特征是电子振荡电路产生与雾滴发生共振的超声波振荡频率信号，振荡电路连接电子功率放大电路，功率放大电路连接超声波换能器，或电子振荡电路直接输出连接超声波换能器；同时，通过外加电路或振荡电路本身产生高幅度的脉冲波由功放电路混合到电路中，使所发射的超声波混合有高幅度的脉冲波成份，雾滴在吸收超声波的同时与此超声波产生共振，发生共振时，雾滴的结构发生破碎或碰撞，达到驱雾散雾的实施目的。除雾装备的启动和停止有对雾敏感的湿度传感器控制电路来自动控制。

3.散雾湿度传感器电路设计

3.1 硬件部分（电路）

3.1.1 主要芯片选择与芯片特点

AT89SS52单片机：AT89SS52是基于增强的51结构的低功耗8位CMOS微控制器。高性能、低功耗的AT89SS52单片机主要特点如下：先进的RISC结构、非易失性的程序和数据存储器、JTAG接口、外设特点、特殊的处理器特点［4］。因此AT89SS52成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。

湿度传感器SHT10：瑞士Sensirion公司推出了SHTxx单片数字温湿度集成传感器。采用CMOS过程微加工专利技术（CMOSens technology），确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，并与1个14位A/D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合［4］，使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。

SHT10的主要特点如下：相对湿度和温度的测量兼有露点输出；全部校准，数字输出；接口简单（2-wire），响应速度快；超低功耗，自动休眠；出色的长期稳定性；超小体积（表面贴装）；测湿精度±45%RH，测温精度±0.5℃（25℃）［4］。

3.1.2 原理图

原理图 Schematic diagram

3.2 程序设计实现的功能

通过湿度传感器SHT10自动检测的环境湿度，然后通过AT89SS52单片机处理并在液晶上显示，当湿度上升到达某一定值，蜂鸣器响，一个发光二极管亮，当湿度下降到某一定值，蜂鸣器停，另一个一个发光二级管亮。湿度控制的上下限可自行设定。此外可以显示日期与时间。

4.本装置实现功能与使用方法

4.1 该装置通过湿度传感器SHT10测量环境湿度，然后通过AT89SS52单片机处理并在液晶上显示，当湿度上升到达某一定值，蜂鸣器响，一个发光二极管亮，此时表示除雾装备启动；当湿度下降到某一定值，蜂鸣器停，另一个发光二级管亮，此时表示除雾装备停止工作。同时，湿度控制的上下限可以自己设定，调整起来非常便利，可以实现复位、功能选择、增大减小量程、确定等功能。所选用的SHT10精度高，反应灵敏，探测电路的反应速度快，可以非常准确的控制除雾装置开启和关闭，从而最大化地平衡功耗和效果之间的关系。

4.2 电路实物使用方法：本装置湿度控制的上下限可自行设定。第一个键是复位键，可以将各设置清除。第二个是功能键，可以选择调节什么变量。第三个按键是增加键，可对数字进行增大调整。第四个按键是减小键，可对数字进行减小调整。第五个按键是确定键。

5.小结

我们对超声波散雾的原理及可行性方面的研究投入了很多的时间和精力。并设计出对雾敏感的湿度传感器控制电路，该电路能够及时监测雾的降临，并自动启动除雾设备，并在除雾后切断除雾设备的电源，实现自动控制。将设计功能电路做成实物。但是由于无法得到大功率超声波发生设备及自身物理知识的不足，没有对“超声波在什么频率范围下可以散雾”得出确切的结论。

参考文献

[1]Alain Leger,Marc Deschamps.Ultrasonic Wave Propagation in Non Homogeneous Media[M].Berlin:Heidelberg,2009:12-21.

[2]曾文远,刘心绪.热学与分子物理[M].成都:四川教育出版社,1987:212-214.

[3]Michael Allaby.Fog,smog&poisoned rain[M].上海:上海科学计技术文献出版社,2009:2-22.

[4]郑峰,王巧芝,刘瑞国,等.51单片机应用系统(第2版)[M].北京:中国铁道出版社,2011:10-58.

作者简介：

张洋（1991—），男，现就读于华东师范大学信息科学技术学院通信工程系。

超声波传感器篇2

【关键词】 超声波传感器 摊铺机 自动调平控制系统 应用

前言：要想通过移动来找到平基准点，需要充分发挥超声波的非接触式平衡梁作用，有效的克服了传统接触式调平基准中存在的不足现象。通过对数字式控制器的使用，为超声波传感器和控制器之间提供了数字传送信号，确保了信号传输具有较强的抗干扰能力，信号传输更具迅速性、方便性和可靠性，提升了系统的整体性能，被广泛应用于平地机和沥青摊铺机中。

一、相关原理概述

1、调平控制系统原理。调平控制系统由超声波传感器、数字式控制器、控制电路和电磁换向阀组成。每台摊铺机都配备两套控制系统，控制系统分别安装在摊铺机的两侧位置。主要是利用单片机来控制数字控制器，需要将每一侧的超声波传感器固定在平衡梁所制成的直梁上，平衡梁主要是由铝合金制成，主要是将支架安装在摊铺机的一侧位置，来达到调平大臂的目的。熨平板通常会直接放在路面上，并且还会随着路面的变化而移动，通常将该种连接形式成为浮动式熨平板。同时，摊铺机在行走时，在调平油缸的带动下，会随着熨平板一起发生移动。

2、超声波传感器测距原理。非接触式调平系统被广泛的应用雨后超声波测距传感器中，在实际的使用过程中，加大了对脉冲回波方式的合理利用，还可以通过发送探头的形式运营传播介质对发出的超声脉冲波进行传输，声波在发射后，会通过传播介质返回到接收探头上，超声脉冲的时间测试，主要是计算发射到接收所要经历的时间，探头到目标之间的距离计算公式为：L=0.5ct。其中L表示探头到目标的距离，c表示超声波在介质中的传播速度[1]。

二、测距系统软硬件设计

1、测距系统的硬件设计。首先，合理选择单片机。在进行电路单片机测距控制时，需要选择AT89S52型号的单片机，该单片机自身具有高性能和低功耗特点，内部含有8kFlash只读程序存储器，随机存取数据存储器、可编程定时计数器等。其次，做好超声波发射与接收电路设计。需要充分利用单片机的P1.0来控制超声波，并运用三极管来实现驱动，通过输出高电平，能够激发超声波传感器，达到发射超声波的目的。超声波传感器在平时主要是输出低电平，需要确保输出的脉冲电压信号保持在10V，由于此信号与单片机TTL电平出现严重的不相容现象，脉冲信号需要经过电平来转换成脉冲信号。最后，需要做好看门狗接口电路设计。需要充分利用看门狗电路来提升工作的可靠性，防止单片机程序进入到死循环，确保系统能够自动复位，程序重新开始启动和执行。

2、测距系统的软件设计。在对控制系统软件进行设计时，需要加大对单片C软件系统的运用，选用C语言进行编写，测距功能单片机主要是采用模块化设计方法，软件系统由超声波接收子系统、循环发射子系统、数字滤波子程序等模块共同构成。主程序在使用前，需要做好串行通信初始化和定时计数器初始化工作，确保中断功能的合理设计。超声波的循环发射子程序在实际的应用过程中，时间间隔维持在25ms，要求做好超声波发送及万字滤波和数据存储工作，超声波在循环发生时，每次都会产生8个超声波脉冲。在对超声波接收子程序模块中的数值进行计算时，需要运用T2中断来读取计数器中的技术支持，计算出探头距路面之间的距离[2]。

结论：本文主要是对超声波传感器在摊铺机自动调平控制系统中的应用情况进行分析，对调平控制系统原理和超声波传感器测距原理进行简要概述，提出了测距系统软硬件设计方法。通过研究表明，路面高程偏差的非接触式测量符合摊铺机自动调平控制系统的发展趋势，在实际的使用过程中克服了传统接触式调平基存在的不足点，对提升摊铺机的调平系统性能具有重要作用。通过对测距仪系统软硬件的合理设计，提升了测距系统的测量精度，满足了系统设计要求。

参 考 文 献

[1]王翥，崔晓志，侯春雷. 超声波传感器接收信号强度非对称性分析及对策[J]. 传感技术学报，2015，01：81-85.

超声波传感器篇3

[关键词]波动 液面 干扰 测量

中图分类号：TM125 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0258-01

在正常的录井过程中，经常会碰到体积波动范围有点大的情况，反映在录井曲线上就是一些毛刺，这种情况对于准确判断井涌和井漏造成很大的干_，譬如图中VOLpit2曲线反应体积2时不时的发生波动，且波动范围比较大，在录井作业过程中必须消除这种现象，提供一个准确的录井参数。

1 体积传感器的测量原理

超声波体积传感器从换能器发射出一系列超声波脉冲，每一个脉冲由液面发射产生一个回波并被换能器接收，并采用滤波技术区分来自液面的真实回波，及由声电噪声和运动的搅拌器液面产生的虚假回波，脉冲传播到被测物并返回的时间经温度补偿后转换成距离[1]。

西门子probe体积传感器接法：红色接电源正极，黑色或者蓝色线接电源负极，是信号的输出，还有一根是屏蔽线，性能指标 测量范围0.25―5m，精度0.25%，输出信号4-20mA，工作电压0-24V，工作温度40C--+60C，防护等级IP65。

2 毛刺这种现象原因分析及解决措施

对于毛刺这种现象，经过仔细分析，有以下几种原因：

（1）探头被脏物覆盖

传感器探头表面较脏，录井作业人员未进行有效的清洁保养，造成声波测量返回来的高度有较大的波动，此时应该擦洗探头，保证探头面的整洁.

（2）传感器安装不合适

循环罐上提供给提供给体积传感器的孔太小，或者孔和探头对偏，造成超声波传感器探头一部分照射在液面上，一部分照射在罐面上 ，测得的液面高度有波动。

传感器下方有金属遮挡物.譬如，在入口的地方同时安装体积传感器，温度传感器，电导传感器，密度传感器，他们的距离比较近时， 电导传感器下面的金属圈挡住探头，此时应该拉开他们之间的距离，体积传感器也不能安装在靠近罐壁死角的地方，容易造成对反射波的干扰。

（3）超声波传感器参数设置不合理

正式录井前，应该测量好满灌和空罐的高度和对应的体积，设置好传感器的最低高度，最高高度，盲区等。

传感器的所有型号在出厂时都被调试过，测量最大距离时（容器空时）是4mA，最小测量距离时（容器满罐时）是20mA，同时按下传感器上的4mA， 20mA两个键，会出现测量最大距离，然后再按传感器界面上的4mA， 20mA两个按键设定最远距离， 同时按下传感器上的4mA， 20mA两个键两下， 会出现测量最小距离， 再按传感器界面上的4mA， 20mA两个按键调节距离设定最近距离， 同时按下传感器上的4mA， 20mA两个键三下，可以设置传感器的测量盲区， 再按再按传感器界面上的4mA， 20mA两个按键调节距离设定盲区[2]。

（4）超声波传感器信号扰

超声波传感器如果安装在离心机旁边，离心机不停的搅动，就会对超声波体积传感器造成干扰，此时应该远离搅拌机，重新选择位置超声波传感器的安装位置超声波传感器。

通道有信号干扰，应该接好屏蔽线正确接地，消除电场干扰减小分布电容亦即增加线间距离是消除干扰非常有效的方法。因此，在现场设备安装时采用了合理布线，使传感器信号线远离了动力电缆， 将强、弱信号线电缆分开铺设，以便尽量减小线间的分布电容，从而消除电场对信号的干扰。[3]。

（5）钻井液气泡对超声波传感器测量的影响

在某些区块的钻井过程中，如果钻井液中有较多的气泡，这样容易造成超声波测量的不准确，这时候只有建议井队调整钻井液性能。

稳定的气泡产生必需以下条件：分散介质，与分散介质不相溶的气体，表面活性剂，适当的搅拌条件。对钻井液而言，这些条件均是具备的，因此，钻井液起泡现象是常见的，只是起泡程度有大有小而已， 当遇到地层的时候，地层中的各种气体易扩散侵入钻井液中。之后就会产生气泡，处理剂分解产生气泡。处理剂分解的时候会产生气体，进而产生气泡，搅拌时会使空气进入也会产生气泡，可以根据情况，加入消泡剂等材料。

（6） 超声波传感器性能的下降

任何一个传感器都有一个使用期限， 使用较长的时间，探头的灵敏度逐渐会老化，当性能不佳造成测量钻井液液位波动较大时，应该立即更换新的超声波传感器。

3 总结

造成体积波动的原因很多，具体来说也就文中列举的6条因素，在实际工作过程中可依照上述原因，有效的解决曲线毛刺现象，为钻井工程提供一个准确的异常预报。

参考文献

[1]李军 智能型超声波液位传感器及其应用 《中国高薪技术产业》 2009，12，P32

[2]钻井液液位传感器说明书 SIMENS PROBE

[3]罗小燕 超声波测距系统中抗干扰措施的研究 江西理工大学学报 2006，27，P68

超声波传感器篇4

[关键词]无线传感器网络;定位算法;超声波测距;硬件平台

1 引 言

随着微电子技术、分布式信息处理技术、低功耗技术和无线通信等技术的飞速发展,设计低功耗多功能的无线传感器节点成为可能。传感器节点作为无线传感器网络的基本单元,其设计的优劣直接影响到整个网络的性能。本文提出了一种利用超声波测距的改进型无锚定位算法,并针对该算法,设计了一款以c8051f020和cc2430为核心器件的无线传感器节点硬件平台。

2 利用超声波测距的改进型toa无锚定位算法

现有基于距离的定位算法主要有toa、tdoa、aoa和rssi等。toa算法精度较高,但其要求整个网络的节点间保持精确的时间同步,对传感器节点的硬件和功耗提出了较高的要求。并且toa需要相当数量的锚节点来辅助未知节点进行定位。为解决这两个问题,本文借鉴超声波测距和aoa定位的思想,提出了一种利用超声波测距结合来波方向进行定位的无锚定位算法。算法利用超声波自发自收的方式解决了传统toa需要收发节点间时间同步的问题,用测得的距离结合来波方向进行定位,可以确定全网节点的相对位置关系,若需定出绝对经纬度坐标,仅需加入少量锚节点即可。

超声波传播距离有限,在空气中一般只能传播十几米到几十米,在监测区域范围较大时,节点只能与距自己较近的邻居节点测距。因此,考虑采用分簇的方式,各簇首先在自己簇内建立坐标系,对簇内节点进行定位,建立簇内节点的相对位置关系。之后,若需要在整个网络建立统一的坐标系,可利用两个簇共有的边界节点来协调相互的位置关系,完成对整个网络的定位。另外,由于超声波传播方向性较强,每个节点将配置多组超声波探头进行测距和来波方位测量,使得节点能够在360度范围内进行测距。

节点随机部署于被监测区域后,经分簇算法(例如leach)选出簇头,簇头用射频信号向周围节点发送数据包宣布自己为簇头。其他节点持续侦听,在其通信范围内选择信号强度最强的一个或两个簇头加入该簇。可以收到两个簇头广播的普通节点称为边界节点。边界节点在定位过程中将分别存储自己在两个簇中的坐标信息,它们将在整个网络统一坐标系时发挥重要的作用。

?簇建立阶段完成后,簇头a通过测距在簇内挑选一个距其较远的节点b(太近的节点容易引起较大的定位误差),以a为坐标系原点,ab连线为坐标系的y轴正方向,y轴顺时针90度方向为x轴正方向建立坐标系。之后,簇头通过射频信号通知簇内节点坐标系已经建立,簇内各节点即可以a、b为锚节点,通过测量与a、b的距离进行定位。假设a(0,0),b(0,m),需要定位的节点c(x,y)到a、b距离分别为a、b。c点坐标可通过下面的方程组解出:

其中a、b和m通过超声波测距得到。可解出关于x、y的两组解。c在测量与a的距离过程中,a通过射频信号告知c是在与自己的哪个超声波探头通信,从而c点得知自己位于哪个象限。如下图所示,c与a节点的编号为2的超声波探头通信,可以得知c位于a、b确定坐标系的第一象限,即x、y为正。?

基于超声波测距的簇内节点定位

3 无线传感器信息提取算法实现

3.1 传感器模块

传感器种类很多,根据所监测物理量的不同,可分为温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。目前市场上有很多不同种类、参数各异的传感器。如美国crossbow公司基于mica节点开发的一系列传感器板,采用的传感器有光敏电阻 clairex cl94l、温敏电阻ert j1vr103j、加速度传感器adxl202、磁传感器honeywell hmc1002等。在设计传感器模块时,应该根据应用要求选择参数和性能合适的传感器,并设计相应的驱动电路及信号处理电路。

3.2 无线通信模块及其与处理器模块的接口

本平台的无线通信模块核心为chipcon公司生产的cc2430无线射频芯片。cc2430是一款专门为2.4ghz ieee802.15.4/zigbee所设计的soc,具有低能耗、体积小、输出功率和收发频率可编程的优点。其最大收发速率为250kbps(2mchip/s)。cc2430其他特性还包括:硬件支持的csma/ca功能;较宽的电压支持范围(2.0v~3.6v);数字化的rssi/lqi;支持强大的dma功能;电池监测和温度感测功能;较少的电路以及强大灵活的开发工具。该芯片可用于家庭/楼宇自动化、工业控制以及低功耗无线传感器网络等应用场合。cc2430芯片采用0.18umcmos工艺生产,工作时电流损耗约为27ma;在掉电模式下仅有0.5ua的电流损耗,外部中断或rtc能唤醒系统;在待机模式下电流损耗仅为0.3ua,外部中断能唤醒系统。cc2430的休眠模式和在超短时间内转换到工作模式的特性,特别适合于那些要求电池寿命非常长的应用。

3.3 超声波测距过程

超声波测距过程如下:假设节点?a?需要测距。在发射端,处理器c8051f020控制节点?a?的8个发射探头以轮询的方式向8个方向发射超声波,若节点?b某接收探头收到该轮询超声波,则延迟一个预定时间(用于抵消处理时延)用于接收探头同方向的发射探头回射超声波,并通过无线信号告知节点a?自己的网内唯一id和接收到轮询超声波的接收探头的方向。?a通过计算得知到节点b?的距离和与自己的方位关系。在接收端,c8051f020通过p3.0、p3.1和p3.2控制8选1器件74hc4051,轮流检查接收探头中哪个收到了超声波信号。例如,探头1收到信号,在p3.0~p3.2=000时,该信号将经由8选1、可变增益放大器后进入c8051f020的比较器与预设的门限进行比较,若信号强度大于门限,则判定探头1收到超声波信号。若p3.0~p3.2从000、001变化到111仍没有检测到有信号强度大于比较器的预定门限,此时有两种操作,一种是直接判定该节点周围没有其他邻居节点,即该节点为孤点;另一种是通过降低比较器门限或增大可变增益放大器放大倍数的方法重新进行检测,以探测更远距离上的节点。需要说明的是,处理器c8051f020控制p3.0~p3.2口进行轮询检测的速度应足够快,至少要为发射端轮询速度的8倍(未收到信号直接判定孤点情况下),以便在超声波信号存在周期内能够将所有接收探头检查一遍。在未收到信号时通过降低比较器门限或增大可变增益放大器放大倍数的方法重新进行检测的情况下,p3.0~p3.2轮询速度应大于发射端轮询速度的16倍,从而在超声波信号存在周期内将所有接收探头检查两遍以上。

4 结 论

传感器节点是构成无线传感器网络的基本单元,因此,其设计对于整个网络的性能至关重要。本文首先提出了一种利用超声波测距结合来波方向的改进型toa无锚定位算法,该算法克服了传统toa需要全网节点精确时间同步和相当数量锚节点的问题。

参考文献:

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[2]马祖长,孙怡宁,梅涛.无线传感器网络综述[j].通信学报,2004,25(4):114-124.

[3]沙超,董挺挺,王汝传.无线传感器网络硬件平台的研究与设计[j].电子工程师,2006,5(32):52-55.

超声波传感器篇5

【关键词】液位 超声波 仪控 测量 核电厂

秦山第二核电厂总共有4台650MW的压水堆机组。每台机组的反应堆冷却剂系统（RCP）由并联到反应堆压力容器的两条相同的传热环路组成，其中每条环路由一台冷却剂主泵、一台蒸汽发生器以及相应的管道、阀门组成，而连接压力容器出口和蒸发器入口之间的管道俗称为热管道。秦山二期的热管道的水位测量采用的是法国MGP公司生产的一套超声波液位智能测量系统，本文将分别阐述该智能系统的测量原理、结构组成以及使用方法，为超声波液位计在电厂的推广做使用借鉴。

1 超声波液位计的测量原理及其应用

1.1 超声式传感器的基本理论介绍

声波是一种机械波。声的发生是由于发声物体的机械振动引起周围弹性介质中质点的振动由近及远的传播，这就是声波。声波的频率高低不同，频率超过20000HZ的叫超声波，而频率低于20Hz的叫次声波。超声波的频率最高可达1011Hz。超声波传感器是近年来发展起来的新型传感器，可广泛应用于非接触性测量的场合，如液体界面检测、流量测量，水下作业、煤烟浓度、积雪厚度监测等多个领域，而秦山二厂热管道水位的测量就是超声波传感器在液位测量中的典型应用。

1.1.1 超声波的发生

超声波是由超声波发生器产生的。超声波发生器主要是电声型，它是将电磁能转换成机械能。其结构分为两部分：一部分是产生高频电流或电压的电源；另一部分是换能器，他的作用是将电磁振荡变换成机械振荡而产生超声波。

压电式换能器：某些晶体受到外力作用发生形变时，在它的表面上会出现电荷，这种效应称之为压电效应。具有压电效应的晶体称为压电晶体。

压电效应是可逆的，逆压电效应就是在晶体切片的两对面上加交变电场（或电压），晶体切片就产生伸长与缩短现象，这种现象叫电致伸缩。

而压电式换能器就是利用电致伸缩现象制成的，在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动而产生超声波。根据共振原理，当外加交变电压频率等于晶片的固有频率时，产生共振，这时产生的超声波最强。

1.1.2 超声波的接收

在超声波技术中，除了需要能产生一定的频率和强度的超声波发生器以外，还需要能接收超声波的接收器。压电式超声波接收器是利用正压电效应进行工作的。当超声波作用到压电晶片上时，使晶片伸缩，在晶片上的两个界面上变产生交变电荷。这种电荷先被转换成电压经过放大后送到测量电路，最后记录或显示出结果。他的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个换能器兼作发生器和接收器两种用途。秦山二厂的超声波液位计探头采用的就是同一个压电换能器，兼作发生器和接收器两种功能。

1.2 超声波液位计主管道液位测量中的应用

物位检测面临的对象不同，检测条件和检测环境也不相同，检测方法很多，归纳起来主要有直读式、静压式、浮力式、声学式、光学式等几种。其中超声波物位传感器属于声学式的一种，利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。超声波液位测量有许多优点：它不仅能够定点和连续测液位， 而且能方便地提供遥测或遥控所需的信号。与其他测位技术相比，它不需要特别防护，安装和维护较方便， 而且结构、方法都较简单。

超声波液位测量的方法有很多，如脉冲回波法、共振法、频差法以及声衰减法。其中应用最广泛的是脉冲回波法。它的基本工作原理是：超声换能器由脉冲激励信号发出超声波，声波在介质中传播到达液面时，经液面反射形成发射波，再经介质传播返回到换能器，换能器把声信号转换成电信号。由二次仪表测出超声波从发射到接收所需的时间，再根据介质中超声波传播速度和换能器的安装高度，就可计算液位高度。

2 MGP超声波液位计测量系统的系统组成和使用方法

2.1 测量系统的系统结构组成

秦山第二核电厂采用的MGP型超声波液位计测量系统主要由探头安装支撑件，压电式超声波传感器探头，就地连接单元，过程处理单元，远程数据显示仪以及各部分连接电缆组成。本套智能超声波液位计测量系统是用来测量一回路主管道排水时主管道内水位的显示，实时反应主管道内水位的高度，为运行人员提供参考，尤其是十年安全壳打压期间需要一回路水位排的尽量低以保障安全壳打压试验更顺利进行，因此该液位计承担着及其重要的作用。

2.1.1 压电式超声波传感器探头

超声波传感器探头是本套测量系统的核心部件，它的好坏直接决定了测量系统能否正常使用，超声波探头通过一个支撑组件垂直于主管道的水平面安装在主管道的表面上。机组正常运行期间，维修人员需要拆下现场的超声波探头以防止主管道温度过高导致超声波探头失效的情况出现（超声波可测量的最高温度不超过70℃）。

在探头的安装过程中，要保持探头的安装方向与管道的水平方向绝对垂直，同时在压电式传感器的表面要涂抹上均匀的声耦合剂以保证探头的信号能正常的发送接收，同时在探头安装前保证管道的接触面清洁没有杂质。

其中超声波传感器接收过程处理单元提供高频励磁脉冲信号然后把这些脉冲信号转换成超声波信号。同时超声波信号从管道表面和冷却剂表面反射回来的信号通过传感器转换成相应的电信号送到过程处理单元进行分析和处理。

2.1.2 过程处理单元

过程处理单元承担了MGP超声波液位计测量系统的信号分析，数据采集，数据处理，数据输出等过程内容。通过连续测量的方式实现以下的功能：

（1）液位数据即时显示（每秒刷新一次数据）。

（2）提供两个继电器输出报警分别对应成“高水位”和“低水位”。

（3）提供4-20mA或者0-20mA电流输出。

（4）提供RS232接口与计算机进行数据通信。

（5）通过内部的继电器电路实时跟踪探头是否安装，并提供相应的报警。

（6）提供设备故障的报警信息。

过程处理单元主要由处理模块，MADC组件，键盘输入/显示模块，电源分配模块以及算法软件等几个单元模块组成

2.2 超声波液位计测量系统的使用

在超声波液位测量系统投运之前需要确认以下几点工作内容，确认无误后方能执行后续的系统投运工作以保证测量工作的有效性。

（1）主管道的保温层已经拆除。

（2）主管道上面的探头支撑件完好无损坏。

（3）主管道与传感器安装的接触面表面必须清洁。

（4）各单元直接的连接电缆已经连接好。

（5）系统电源指示灯亮，系统电源没有问题。

（6）过程处理单元接地良好（用兆欧表做绝缘测试）。

2.2.1 系统启动和停止

通过过程处理单元柜上面的电源开关按钮进行系统启动工作，之后系统开始执行初始化工作，同时，系统对内部存储器执行测试，测试OK后就地指示灯亮。之后对系统等各个子项进行测试，测试合格后系统处于STAND-BY 模式。

2.2.2 系统参数设置以及仿真测试

在STAND-BY模式下通过键盘操作进入到2（参数设置）里面对相应的参数进行设置。

运行参数中可以根据实际的工况参数（如液位高报定值，液位低报定值，满水时液位，空管液位，管壁厚度以及材料）对相关参数进行设置。

参数设置完成后按B退出回到STAND-BY菜单。进行仿真测试（通过按键选择2），仿真测试的内容是模拟现场的实际水位信号去测试模拟量输出，液位高低报警，远方显示等功能是否正常。整个仿真测试的事件总共持续30S。仿真测试分为手动仿真测试和自动仿真测试两种供用户在不同场合选择，仿真测试完成合格后就可以进行校验操作。

2.2.3 探头安装及系统校验

在校验前，首先确认现场探头已经安装就位，且探头安装满足使用要求，同时确认主管道旁边的余热排出泵已经停运。之后操作人员执行自动校验操作，出现两个选项

（1）PREVIOUS CALIBRATION（之前的校验）。

（2）NEW CALIBRATION（新的校验）。

在每次超声波液位计测量系统投运时，探头都要重新安装一遍，因此现场探头的位置以及管道内实际的情况与之前都有偏差，需要重新进行标定校验，因此只能执行2选项，此时系统执行一系列的计算，显示测试进行中，如果执行校验过程中没有故障的话，整套超声波液位计测量系统校验完成，就可以实时监控主管道内的水位情况，同时通过模拟量输出把水位的测量信号输送到主控的显示仪进行数据显示。如果校验过程中出现故障，则画面中STATUS（状态）栏中会出现相应的故障代码，之后再根据故障代码的处理措施查找故障原因，故障排除后再次执行新的校验直到系统正常使用为止。

3 结语

MGP型智能超声波液位计自现场投运以来，性能稳定，运行状态良好，仪控人员通过日常的维护和系统的学习很好的掌握了该液位计的设计原理，使用功能等相关知识，为今后的兄弟电厂的相关交流提供良好的基础。

参考文献

[1]张洪润，傅瑾新，吕泉等.传感器技术大全（中册）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007：1258-1259.

[2]李邓华，彭属华，许晓飞.智能检测技术及仪表[M].北京：科学出版社，2007：110.

[3]俞金寿，孙自强.过程自动化及仪表[M].北京：化学工业出版社，2007：45.

[4]李敏哲，赵继印，李建坡.基于超声波传感器的无线液位测量系统[J].仪表技术与传感器，2005（11）：38-39.

[5]刘伟华，涂亚庆，李建树.一种新型超声波液位测量方法及系统[J].仪表技术，1997（03）：11-12.

作者简介

李小泉，工学学士学位。现为中核核电运行管理有限公司维修三处仪控科科员、工程师。

郭佳旭，工学学士学位。现为中核核电运行管理有限公司维修三处仪控科科员、工程师。

黄海波，工学学士学位。现为中核核电运行管理有限公司维修三处仪控科科员、工程师。

马敏超，工学学士学位。现为中核核电运行管理有限公司维修三处仪控科科员、助理工程师。

作者单位

超声波传感器篇6

关键词： 超声波；ATmega16；μC/OS；测距

0 前言

随着科学技术的快速发展，超声波将在测距中的应用越来越广，超声波测距系统作为一种新型的实用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。

超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，因此被广泛应用于距离的测试中。使用超声波检测往往更快速，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使用的要求，测量时与被测物体无需直接接触等优点使其具有广泛的实际应用价值。

目前国内一般是用专用集成电路设计超声波测距仪，但是成本高，没有显示，操作使用不方便，拓展不灵活。基于以上缺点设计了基于ATmega16的超声波测距系统，可广泛应用于生活、生产等各个领域。

ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

ATmega16 AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。

1 超声波测距原理

超声波是一种频率在20KHz以上的机械波，在空气中的传播速度约为340m/s（20℃时）。超声波可由超声波传感器产生，常用的超声波传感器两大类：一类是采用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波，目前较为常用的是压电式超声波传感器。由于超声波具有易于定向发射，方向性好，强度好控制，对色彩、光照度不敏感，反射率高等特点，因此被广泛应用于无损探伤，距离测量、距离开关、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。

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，超声波接收器接收到反射波就立即停止计时。

式中：c—超声波波速：t—从发射出超声波到接收到回波所用的时间。

由于超声波属于声波范围，其波速c与温度有关，经过测量得出超声波与温度的关系，如表1所示。

2 系统设计

本系统采用ATmega16为主控制器，超声波发射和接收电路中都对相应信号进行放大和整形，以保证测量结果尽可能精确。用动态扫描法实现LED数字显示，另外设计温度测量电路测量当时的空气温度，单片机以测量的温度对超声波的传播速度进行调整，使测量精度能够达到要。系统整体结构包括超声波发射电路，超声波接收电路，单片机电路，显示电路和温度补偿电路等几部分模块组成。

UCOS_Ⅱ是一个源代码公开的实时操作系统，它是用ANSIC写成的，所以可移植性非常强。在系统开发中，由于把实时操作系统UCOS_Ⅱ移植到了ATmega16单片机上。

超声波测距仪系统框图如图2所示。

利用单片机定时器由PD5端口发送40KHz的方波信号，用9012三极管作为驱动放大使得超声波发生器产生超声波。

超声波接收电路主要有CX20106A和一些常用元件构成，CX20106A是一款应用广泛的红外线检波接收的专用芯片，其具有功能强、性能优越、接口简单、成本低等优点。CX20106A内部有前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成，对接收探头收到的信号进行放大、滤波等处理，其总放大增益80db。实验证明用CX20106A接收超声波（无信号时输出高电平），具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。本系统中选择温度芯片DS18B20作为温度传感器。DS18B20测量温度范围为—55～125℃，精度为±0.5℃。

3 软件设计

近十年来嵌入式操作系统（RTOS）得到了飞速发展，各种流行的微处理器（MCU）8位、16位和32位均可以很容易的得到多种嵌入式实时系统（专业化公司有美国WinCE，WindRiver等，自由软件有μC/OS—II及uClinux等等）的支持。8位、16位MCU以面向硬实时控制为主，32位以面向手机和信息处理和多媒体处理为主，在这些方面Linux正逐渐成为嵌入式操作系统的主流。嵌入式实时操作系统不仅具有微型化、高实时性等基本特征，而且还将向高可靠性、自适应性、支持多CPU核、构件组件化的方向发展。客观世界对嵌入式智能化、装置轻、低功耗、高可靠性的永无止境的要求，使得近千种嵌入式微处理体系结构和几十种实时多任务操作系统并存于世。嵌入式技术也将与时俱进，不断创新。 而像μC/OS—II这样的优秀的自由免费的嵌入式操作系统，为了最大限度的满足可移植性的要求，绝大部分代码用C语言写成，只有一少部分用到汇编语言。但对于嵌入式系统这样的专用性很强的系统来说，必须针对嵌入式系统内核本身裁剪，改写μC/OS—II的部分代码，以实现μC/OS—II在不同MCU平台上的移植。

使用ATmega16单片机进行检测数据处理，对定时器1进行初始值设定，然后利用OCR寄存器进行输出比较匹配，最后对输入捕捉寄存器进行设置，利用输入捕捉功能计数并最终计算的出距离，其测距功能初始化程序如下：

4 总结

基于ATmega16和μC/OS—II的超声波测距系统利用LCD显示，电路简单，人机显示友好，通讯能力强，可扩展性好，具有良好的实际应用价值。该系统可运用于机器人智能行走和导航，在航天电子行业也有一定的应用领域，可配合其他模块实现多功能测量，同时在显示输入上可扩展触摸屏功能。

参考文献：

[1]王祖麟、余强、谢毓，基于μC/OS—Ⅱ的高精度超声波测距系统设计[J].电子设计工程，2009，07.

[2]苏凯、任军、王斌、马龙飞、党浩，基于超声波测距的实时路况信息采集系统[J].实验室研究与探索，2011，08.

超声波传感器篇7

（嘉兴学院南湖学院，浙江 嘉兴 314000）

【摘　要】为了避免使用红外线自动感知障碍设备时出现的接收设备本身主动发送信号的干扰问题,设计一种简易便携装置，盲人在行走时把此装置戴在手臂上，或者安装在拐杖上，该装置能够实时探测前方一段距离内是否有障碍物存在，并由语音系统发出提醒，可以有效地避免盲人撞到障碍物而受伤的情况。超声波具有方向性强、能量易于集在中、传播距离较远，以及对障碍物定位具有一定的精确性、体积相对较小、方便携带、价格低廉等特点，采用超声波测距实现盲人导盲器的设计，具有一定的实用价值。

关键词 导盲系统；超声波；MSP430G2553单片机

0　引言

中国是世界上盲人最多的国家,视力障碍或全盲者,占全世界4500万盲人总数的20%左右.由于生理上的缺陷,盲人在生活、工作等方面有着诸多不便,其中，如何安全行走是盲人生活中最大的问题。

目前引导盲人行走的方法主要有三种：（1）传统的手杖引导；（2）盲道引导；（3）导盲犬引导。其中传统的手杖引导通过敲击地面告知盲人前方是否为可行路线，它无法告知盲人周围障碍物的空间分布和距离；盲道存在一定的局限性；而导盲犬的培训周期长，并且成本很高。因此，设计一种方便、实用，可靠性高的盲人避障装置具有一定的现实意义和实用意义。本文提出设计的超声波传感器的导盲系统，正是为了实现以上应用，与普通导盲杖相比，本设计的最大不同之处在于可以测出3米内的障碍物而不是传统的那种只是杆长可以接触到的范围，该超声导盲系统可以使盲人及时避障，并且具有准确性强，灵敏度高等特点。同时提供人性化的设计，用语音予以提示，为盲人的生活带来了方便。

1　系统的硬件设计

1.1　导盲系统的整体设计

超声波导盲系统是将超声波探测障碍物功能与手杖触探障碍物功能结合为一体。前者适宜先期发现较远的和较大的障碍物；后者适宜于鉴别脚下低矮障碍物及反射声波不良物。因此，超声波发射与接收模块装在手杖底部，而语音报警模块则装在手杖上端，方便盲人听到报警声。本设计主要由单片机和超声波探测电路、语音报警电路等组成。其中超声波探测电路包括超声波接收电路和超声波发射电路。

本系统是在单片机的控制下，利用超声波测距原理，测量盲人与障碍物之间的距离。当两者距离小于安全距离时，系统会及时发出报警声音，提醒盲人采取避让措施，避免撞上障碍物。本系统的硬件由发送、接收处理、检测温度、声音报警等部分组成，系统的硬件结构框图如图1所示。

1.2　超声波测距的原理

超声波发生器内部结构有一个共振板和两个压电晶片。当它的两级外加脉冲信号频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。在超声波探测的电路中，发射端输出一系列脉冲方波，其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔，输出脉冲个数与被测距离成正比。被测物距越远，脉冲宽度越大。

目前超声波测距有脉冲回波法、共振法和频差法，其中常用脉冲回波法测距。超声波测距的原理一般采用渡越时间法(time of light)，其原理是超声传感器发射超声波，超声波在空气中传播至障碍物，经反射后由超声传感器接收反射脉冲，测量出超声脉冲从发射到接收的时间，再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。由发射传感器、发射电路、接收传感器、接收电路、回波信号处理电路和单片机控制电路等几部分组成。

超声波测距原理工作原理是把40kHz脉冲串输入到超声波发射器两端后，脉冲信号经超声波内部振子振荡产生了机械波，再通过空气介质传播到被测面，接收器接收到由被测面反射到超声波的信号，在超声波接收器的两端，超声波往返时间是超声波经气体介质的传播到接收器的时间。声波传输的距离是超声波往返时间与气体介质中的声速相乘的结果，声波传输距离的一半即所测的距离。

1.3　超声波测距的计算

根据超声波在空气中传播的性质，并考虑空气温度对超声波传播速度的影响，得出超声波测距的计算公式。

超声波速度计算公式：

C=C0+0．607×T

式中，C0：零摄氏度下，超声波在空气中的传播速度为332m/s；T：空气的实际摄氏温度。

距离计算公式：

S=(T×C)/2

式中，T：由微处理器计数器计算而得。

1.4　电源模块设计

AMS1117是一个正向低压降稳压器，在1A电流下压降为1.2V。AMS1117有两个版本:固定输出版本和可调版本,固定输出电压为1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V,具有1％的精度；固定输出电压为1.2V的精度为2%。AMS1117内部集成过热保护和限流电路,是电池供电的最佳选择。

2　系统软件的设计

软件设计主要由主程序、超声波发送子程序和数据处理子程序等组成。通电后主程序无限循环，初始化后系统设置一系列初始值，包括超声波发射间隔数、定时器定时初值、报警门限值等，然后再根据需要对初始设定值进行修改，初始值报警距离设定为3m，即3m内有障碍物时即驱动蜂鸣器发出声音，程序控制发送0．2ms宽度的超声波，同时启动定时器计时；为避免接收传感器直接接收到发射的超声波，在发射超声波之后插入一段延时，由于设置超声波频率为40kHz，超声波常温下在空气中的传播速度是340m/s，计算可知延时6个脉冲就可以了。

超声波传感器篇8

关键词：智能小车 单片机 红外线光电传感器 超声波

中图分类号:TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0001-03

智能电动小汽车能在规定黑边线跑道内隔圈相互超车行驶,由于跑道较窄，因此采用自行改装的小车架进行电动汽车制作，经最后调试与测试，均能稳定地按要求进行超车行驶。

1、系统设计方案

系统主要由主控电路板、光电传感器、超声波传感器、直流电机、电机驱动模块、液晶显示器等部分组成，主控电路板由MC9S12XS128单片机最小系统板、电压转换电路、按键和电源等部分组成。

1.1 硬件配置方案

硬件系统由微处理器、超声测距模块、车道信息检测模块、电机驱动等组成。为了前车与后车交换信息，可使用无线通讯模块，但由于会占用较多的时间，增加程序复杂度，因此设计中采用了向前进行超声测车距来判断前后车位置的确认，并根据车距来控制后车的车速，以防止两车相碰。

1.2 行车策略

行车有外道行车和内道行车两种方案，在外车道行走可以比较平稳的转弯但路程较多，在内车道行走虽然行程较短，但弯道标志线复杂，行车设计不确定因素较多，经过权衡，以牺牲速度保证不碰撞为原则，采用在正常行车道中外道行车，而在超车时，超越车在超车道左侧行驶，有利于避让。

1.3 电机驱动模块

电机驱动采用BTS7960集成驱动块。具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能，驱动电流大。

1.4 信号检测系统

要实现两车能正常行驶并实现超车，必须有以下的检测和控制：两车之间的间距、道路边界的检测，起跑线、转弯标志线、超车区以及行车圈数的检测。信号检测系统包括道路检测和运行状态检测，其中道路检测包含用红外线光电传感器进行道路边界线检测和标志检测；运行状态检测包含用红外线光电传感器来计算行驶圈数及用超声波来测车距等。

1.5 控制系统

控制系统在单片机程序控制下，根据道路检测情况控制电动小汔车在规定的道路内行驶。在直道上前后车需保持一定的距离，当检测到转弯标志线时，利用左右电机差速的方式转过一定的角度，在进入超车区时，前车减速并靠右侧车道缓慢行驶，后车则从左侧车道快速绕行并超车。

电动小汽车两车的距离检测采用超声波测距的方法。在小汽车行驶中，前车以一定的速度领跑，后车在直线段启用超声测距来自动调节与前车的车距，从而保证两车在行驶中不相碰。在超声波测距算法中，为了减少干扰，采用多次确认与数据滤波相结合，从而使车距测量正确可靠。

2、电路设计

2.1 系统电路设计框图

智能电动小车电路系统组成框图如图1所示。

2.2 红外线道路黑边沿识别电路

图2为道路黑边沿识别电路。光电传感器TCRT5000集成了发射和接收元器件，通过地面反射回来光的强弱产生相应的变化电压，再经LM393运放器比较来向单片机输出高低电平信号，从而判断黑线的位置。

2.3 电机驱动电路

图3为左右电机驱动模块电路中的其中一路。由2片BTS7960驱动芯片组成两路桥式驱动电路来驱动电机。第5脚(SR)外接电阻为4.7K,第6脚外接电阻为10K,第2脚(IN)、第3脚（INH）外接电阻均为10K。通过输入第2脚的PWM波来控制电机电压的大小与极性变化，从而进行变速与转向。

2.4 超声波测距电路

超声波测距由超声波发射、接收、计算共三步完成。超声波发生器在某一时刻发出1-5个周期的超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器所接收，这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体之间的距离。

2.4.1 超声波发射电路

超声波发射电路原理图如图4。发射电路主要由反向器74LS04和超声波换能器构成，单片机端口输出的40KHz方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。

2.4.2 超声波检测接收电路

集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器，可以利用它制作超声波检测接收电路（如图5）。实验证明用CX20106A接收超声波，具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当调整电容C4的大小可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

3、程序设计

3.1 主程序

小车控制软件由主程序和中断服务程序组成。各道路标志线的检测采用定时器中断检测，其他信息的采集采用定时查询方式。主程序主要实现对当前车所在位置的判断，并根据不同路段实现相应的控制策略。包括是否启动超声测距、直道正常寻迹行驶、弯道转弯角度控制、是否超车等等。小车行车控制主程序流程图如图6。

3.2 中断程序

中断程序用于处理跑道中的转弯标志及圈数计数，其中断程序流程如图7。

4、测试分析与结论

通过对两电动小汔车功能测试，均能相互超车，并且在行驶中，保持一定的间距。说明设计方案基本正确。每圈行驶的时间有所不同，分析原因主要是细木工板做的跑道表面颜色差异较大，造成循迹干扰而消耗了一定的时间。由于两车行驶速度有差异，在弯道转弯以后两车间距较大。另外，超声波的接收会受到高速电机的干扰影响，在软件及硬件的调试上费时较多。总体上小车都能完成相互超车的功能，达到了设计要求。

参考文献

[1] MC9S12XS128 数据手册..

[2]楼然苗.超声波高度测量器的设计[J].微计算机信息,2006,22(10-2):273-285.

[3]楼然苗,李光飞编著.单片机课程设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007年6月第1版

[4]李光飞,李良儿,楼然苗,等编著.单片机C程序设计实例指导[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005年9月第1版.

作者简介

周佐谕,连海树,毛姝姝:浙江海洋学院机电工程学院学生。

指导教师:李良儿（1949―），男，汉，教授，研究方向：单片机应用技术、新型传感器。