超聲波傳感器

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超聲波傳感器范文第1篇

【關鍵詞】 超聲波 傳感器 應用

超聲波是一種彈性波，它具有X射線以及光波和磁波等諸多波線所不具有的功能特點，正是基于超聲波的應用靈活性與技術要求性高等特點，人們將其制成超聲波傳感器進行工業實踐與應用。

一、超聲波傳感器概況

1.1超聲波及其原理

物體機械振動狀態的傳播形式就是聲波，而超聲波主要是指聲波頻率在20000Hz以上的聲波形式。由于這種聲波每秒鐘的振動頻率較高，因此大大超出了人耳所能承受的聽覺范圍。超聲波按照其在機械振蕩過程中的不同表現形式，可將其分為縱向與橫向兩種振蕩波[1]。而在我國現階段的工業實踐中，主要應用的是縱向振蕩波，與可聽聲波相比，超聲波具有獨特的傳播特征，其衍射能力較強，而且在均勻的傳播介質中可以進行直線傳播。一般情況下，在同等強度條件下，聲波的頻率與功率具有正相關性，聲波頻率越大，其傳波的功率就越大。因為超聲波要比一般聲波頻率更大，所以其在運行傳播時的功率也較大。由于超聲波具有諸多優點，因此在不同環境下得到了廣泛應用與實踐。

1.2超聲波傳感器的特點

超聲波傳感器是利用超聲波的上述優點研制而成的一種數字傳感器，以超聲技術為核心、超聲傳感裝置為載體，進行超聲波傳輸與接收。通常情況下，超聲波傳感器又稱為超聲換能器及超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片構成，其不但可以接收超聲波，而且可以發射超聲波。因此在超聲探頭中，核心運作組件就是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。這種壓電晶片通過具有磁致伸縮作用的鎳鐵鋁合金材料與具有電致伸縮作用的壓電晶片材料制成。采用壓電晶體材料構成的超聲波傳感器是具有可逆功能的一種數字化傳感器，在其運行過程中可將機械設備的電能轉化為機械能，從而在不同能量轉化過程中產生超聲波。與此同時，超聲波傳感器可接收超聲波，從而將機械能轉化為電能[2]。因此，按照超聲波傳感器的實際工作運行原理，可將其分為超聲波接收器與超聲波傳輸器。

二、超聲波傳感器的具體應用分析

首先，超聲波傳感器可在遠距離傳輸過程中得到運用。通過上述分析可知，超聲波傳感器主要由處理單元模塊及超聲換能單元模塊、輸出單元模塊所組成。在具體應用過程中，處理單元模塊可對超聲換能器進行電壓激勵，從而使經過激勵后的電壓以脈沖形式發出電磁波。隨之，超聲換能器轉入接收狀態，處理單元模塊對接收到的超聲波脈沖進行科學分析，以此判斷其接收到的信號是否是超聲波的回聲[3]。如果經過核實，其所接收到的信號是超聲波回聲，則對超聲波的聲波傳輸時間進行測量分析，按照行程測算結果，對反超聲波的行程時間進行測算分析。在具體應用過程中，可將超聲波傳感裝置安裝于適當位置，并對被測物體變化方向發射的超聲波進行分析，就可測量物體表面與超聲波傳感器之間的實際距離。

其次，超聲波傳感器可在醫學領域進行廣泛應用。目前，超聲波在醫學領域中的實踐應用，主要體現在患者臨床疾病診斷方面。隨著這項技術不斷成熟，超聲波傳感器診斷已成為我國現階段醫學領域中的一種重要診斷方式。在實際運用過程中，利用超聲波進行疾病診斷的主要優點是受檢者無明顯的疾病痛苦，而且實踐操作過程非常簡單、無損害、無創傷，診斷過程中有較為清晰的顯像，尤其是診斷精確率較高。

另外，超聲傳感器在測量液位中具有重要作用。在液位測量過程中，超聲波的使用原理是，通過超聲波探頭發出超聲脈沖信號，其在空氣中進行廣泛傳播。當傳播過程中遇到空氣與液面之后，就會被被測液體的液面反射回來，此時技術測量人員可根據反射回的信號測算時間與距離，從而得到液面實際高度。在液面測量中，超聲波傳感器測量技術屬于非接觸式測量，因此測量過程中電磁干擾小、不易受到刺激性液體腐蝕，且測量結果穩定，設備使用壽命較長。

除此之外，超聲波傳感器可在測距系統中得到應用實踐。采用超聲波傳感器進行距離測算，不但可以科學測量設備輸出脈沖的寬度，而且可以測量脈沖波的具體運行時間。因此，測量精度較高，并可對測量結果與測量過程進行修正。

結束語：綜上所述，超聲波傳播方向性較好，因此能夠集中進行傳播；同時，超聲波的傳播適應能力較強，其能夠在不同傳播媒介中進行科學傳播，而且能夠實現遠距離傳播；再者，超聲波與傳聲媒介的相互作用適中，而且在傳波過程中容易攜帶有關傳聲媒介狀態的信息。因此，基于上述應用優點，其在我國諸多技術領域已得到廣泛應用與實踐。

參 考 文 獻

[1]李戈，孟祥杰，王曉華，王重秋.國內超聲波測距研究應用現狀[J].測繪科學，2011，36（04）：60-62.

超聲波傳感器范文第2篇

關鍵詞：超聲波；傳感器；膠位控制

中圖分類號：TB486 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0026-01

1 引言

在卷煙包裝生產過程中，膠位控制系統一直是困擾生產效率提高的重要環節。目前，煙草企業的包裝設備中主要機型為GD包裝機，該機型膠位檢測傳感器設計為電容傳感器，是開關量輸出模式，機器在生產過程中受環境因素影響有時會出現誤動作，嚴重影響產品質量和機器的生產效率。

2 系統原理

超聲波可在不同介質中以不同的速度傳播的特性，超聲波具有定向性好，能量集中，在傳輸過程中衰減小，反射能力較強等特點。對膠位控制系統的進行新型設計，采用超聲波傳感器元件，超聲波傳感器可廣泛應用于非接觸式檢測，不受光線，被測物顏色等的影響，它不僅能夠定點和連續測膠位，這種特性對膠位檢測不受生產環境因素干擾非常有益。與其他測位技術相比較，它不需要特別防護，安裝維修較方便，而且結構方法都較簡單，經濟效益顯著。膠位控制設計采用超聲波液位測量技術，運用超聲波脈沖回波方法，由發射傳感器發出超聲波脈沖，傳到液面經反射后返回接收傳感器，測出超聲波脈沖從發射到接受所需的時間，根據媒介中的聲速，就能得到從傳感器到液面之間的距離，從而精確測定膠位高度。

3 膠位控制方案

3.1 系統的設計

由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到使用要求。另一方面在工作中，超聲波傳感器有著優越的抗干擾性與工作的穩定性，故選擇超聲波傳感器代替原設備的電容傳感器進行測量物體間的距離。

在數據處理方面，本文設計采用PLC作為控制器（如圖1示，系統軟件設計的總框圖），針對超聲波傳感器的測量結果進行處理，用觸摸屏進行顯示和設定。超聲波傳感器的輸出信號是0―10V，接入PLC的模擬量輸入模塊中經處理轉換為液面高度顯示在人機界面上。

3.2 系統的控制

系統的控制主要完成顯示液面高度、設定報警區間和注膠時間功能控制模式（如圖2示，系統控制模式）。區間設定是根據實際情況設定，保證涂膠量符合生產工藝要求，通過液面高度和注膠高度的比較來判斷是否注膠，液面高度情況還能反映元器件是否損壞。超聲波傳感器的測量結果可以實現供膠的閉環控制，隨機器速度的變化控制增加與減少供膠量，膠位液面可以設定高低位報警功能，能夠實現以數字的形式顯示測量距離。

3.3 元件的x擇

系統設計采用UNDK系列超聲波傳感器，這類型傳感器檢測范圍為30―250mm，分辨率小于0.3mm，聲波頻率為300KHZ，響應時間小于50ms。其參數基本特點符合設計要求，能夠達到控制的精度和要求。

4 結語

包裝機新型膠位控制系統設計利用超聲波的技術原理，采用超聲波傳感器元件，系統控制功能精確，可以有效提高包裝機的膠位控制精度，有效減少機器膠位控制系統的故障，有利于提高機器生產效率，是具有推廣價值的實用新技術。

超聲波傳感器范文第3篇

關鍵詞：測距；超聲波傳感器；STM32； 1602顯示屏

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0238-02

當今社會測距是很普遍也很重要的問題，許多場合下需要準確、迅速、實時的測距。例如盲人在行走的過程中，需要一個裝置來檢測前方有無障礙物，在距離障礙物距離過近的時候必須可以報警；又如汽車倒車的時候也需要檢測車尾與車庫的距離，在危險距離的時候可以報警，使車主可以及時剎車，避免發生事故；再如一些的門口也需要測距的裝置，當有人靠近的時候，會發出警報，使該區域的安全性得到保障。目前，測距的方法很多，如紅外檢測具有造價低、安全性能好、制作簡單等優點；缺點是檢測精度低、實用性低。由于超聲測距是一種非接觸式檢測，其抗干擾能力較強，如光源、氣候對超聲的干擾都比較小，相比于其他的技術更精確，更安全。同時，超聲測距具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。基于這一現狀，本設計選用超聲波來檢測距離。

1 系統的整體設計

針對上述問題，本出如下的設計：先由超聲波傳感器向正前方發射超聲波，與此同時開始計時，超聲波沿著前進的方向傳播，由于超聲波能感應到障礙物，因此傳播過程中碰到障礙物就會立即朝反方向回傳，這樣超聲波接收器就可以接收到因障礙物而回傳的超聲波，同時，計時停止。超聲波在空氣中的傳播速度v，設傳播時間為t，那么單程傳播的為t/2，由距離（s）=速度（v）時間（t）/2，就可以計算出發射點距障礙物的距離（s）。同時一方面將距離（s）由顯示屏顯示出來，讓使用者能對前方有無障礙物一目了然，并且還能掌握障礙物與其的具體距離；另一方面，設置一個距離最小值，也成閾值，當障礙物的距離小于這個閾值的時候，單片機會給報警器發出報警信號，使報警器報警，讓使用者能夠迅速準確的做出應對措施。超聲波測距原理如圖1所示。

2 系統的硬件設計

2.1 硬件器件的x型

本設計的傳感器選取的是非接觸式的HC-SR04超聲波測距模塊，HC-SR04超聲波測距模塊使用成本低、抗干擾能力強并且準確性能好。單片機選取ARM系列最新、最先進構架的Cortex-M3內核的STM32，STM32不僅性能優越，而且價格便宜，所以本設計選取它作為主處理器。由于本設計的顯示屏只需要顯示距離信號，所以選取易于控制、成本低的1602顯示屏。

2.2 硬件設計

硬件的組成可以分為兩個部分：第一部分由超聲波傳感器以及STM32處理器組成，為檢測部分，具體作用為：首先由STM32控制超聲波發射器發射超聲波，與此同時STM32控制定時器開始計時，由于超聲波是沿著直線傳播，當在前方遇見障礙物時，超聲波會立即反射回來，當超聲波傳感器接收到超聲波的時候STM32控制計時結束；第二部分由1602顯示屏、報警電路組成，STM32檢測計算出來的距離會由1602顯示屏顯示出來，當距離小于預先給STM32設定的閾值時，STM32會立即給報警電路發出報警信號，使蜂鳴器報警。報警部分由蜂鳴器和報警電路組成，報警電路如圖3所示。

3 系統的軟件設計

軟件的設計主要是對STM32的編程，首先初始化串口和定時器，并且預先設置好閾值。接著給連接超聲波傳感器的IO口發出指令，開始發射超聲波，并且由STM32控制定時器開始計數；接著實時監測超聲波接收器有無信號的讀取，若有，則說明前方有障礙物，定時器停止計數。取定時器的計數差值，由定時器計數的差值可以計算出共同的時間，而單向路程所需的時間為共同時間的一半，就可以計算出障礙物與超聲波傳感器的距離。同時還要將這個距離與預先設置好的閾值進行比較，若距離值小于閾值，則STM32會給報警電路發出報警信號，達到報警效果。

4 實驗結果分析

隨機選取不同的距離、不同材質的障礙物進行檢測十次，每當達到檢測范圍的時候，顯示屏每次都能準確的顯示出障礙物的距離，并且當過度靠近障礙物的時候，蜂鳴器每次都會發出報警。結果表明本文設計的超聲波測距系統能夠準確的實現測距和報警的目的，滿足當前市場的要求，同時制作簡易，具有很好的發展和使用前景。

參考文獻：

[1] 胡萍.超聲波測距儀的研制[J].計算機與現代化，2003（10）：54-57.

超聲波傳感器范文第4篇

關鍵詞：智能輪椅；傳感器；系統；定位

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 22-0000-01

Hardware System Design Based on Multi-Sensor Intelligent Wheelchair

Hao Minchai

(Shijiazhuang Vocational College,Shijiazhuang 050081,China)

Abstract:High-performance low-cost intelligent wheelchair can greatly improve today's elderly and disabled users of the quality of life,safe and convenient to use people to their destination,during operation,the smart wheelchair can accept user issued the directive,according to the designated routes,so the design of intelligent wheelchair in the perception of the environment is an integral part of this paper,the context-aware intelligent wheelchair part of the multi-sensor system architecture,component design analysis and interpretation.

Keywords:Intelligent wheelchair;Sensor;System;Positioning

一、傳感器系統總體結構設計

能夠實現智能輪椅的總功能主要有：定位系統，環境感知系統、控制系統、驅動系統和人機交互界面等功能。因此該系統的硬件結構如圖1所示。其中傳感器模塊主要有內部狀態感知和外部環境感知兩部分構成，對于姿態傳感器主要用來調整輪椅自身的位姿信息；編碼器傳感器是位移速度和距離獲得自定位的信息采集源；視覺、超聲波和接近開關主要負責持續獲得周圍環境和輪椅位于障礙物的距離等的信息。驅動控制模塊我們采用電機控制后輪驅動的方式，在控制器的操作去控制電動輪椅的前進、后退和轉向。

圖1：智能輪椅硬件系統結構圖

二、多傳感器數據采集與處理

該智能輪椅有2個相對獨立的驅動輪并各自配有電機碼盤。電機碼盤實時進行數據檢測構成了里程計式相對定位傳感器，并安裝有傾角傳感器和陀螺儀傳感器來測量輪椅在運動過程的姿態。超聲波傳感器和接近開關用于感知周圍環境信息。為能夠實現遠距離的障礙物信息，還配備了超聲波傳感器。還配備了CCD圖像傳感器用于判斷前方行進路程中的深度信息。

三、姿態傳感器

該智能輪椅設計采用了一個傾角傳感器和一個陀螺儀的組合來構成姿態傳感器檢測車體平臺的運行姿態。傾角傳感器用來測量輪椅偏離豎直方向的角度，陀螺儀用來測量角速度。

以TMS320LF2407A為控制核心的運動控制器，根據編碼器和姿態傳感器檢測到的平臺運行的位移和姿態信號，通過一定的控制策略計算出控制量，再經脈寬調制控制及驅動器放大后驅動直流電動機運轉，隨時調整車體平臺的運行速度，從而使車體平臺始終保持平衡狀態。控制電路原理圖如圖2所示。控制板采集來自傾角和角速度傳感器的信號并對信號進行調理（濾波、整形、偏移），然后將信號傳送到控制板中，經過DSP的運算處理（控制算法由電動車系統的數學模型推導而出），通過DSP的兩路脈寬調制將控制信號發出，再經過電機驅動模塊驅動電機運轉，控制輪椅保持平衡狀態。

圖2：控制電路原理圖

四、多路超聲波測距模塊

本智能輪椅自主避障系統采用超聲波傳感器測量障礙物的距離，工作時，由單片機通過三路信號線選通多路模擬開關，由多路模擬開關負責每一路超聲波傳感器的通斷。每一路超聲波傳感器工作時，都由單片機的I/O口發射出頻率為40kHz，幅值為5V的矩形脈沖信號，經過信號放大電路，變成穩定的12V矩形脈沖信號，由超聲波發射換能器發射出超聲波。超聲波遇到障礙物返回，由超聲波接收換能器接收，經過信號濾波放大集成電路，觸發單片機中斷。由單片機計算渡越時間，從而計算出障礙物的距離。

五、編碼器

編碼器是將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導電區或絕緣區來表示代碼的狀態是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區和不透光區來表示代碼的狀態是“1”還是“0”，通過“1”和“0”的二進制編碼來將采集來的物理信號轉換為機器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。

產生的時鐘頻率是每個輸入序列的4倍，且把這個時鐘作為通用定時器2的輸入時鐘。圖4給出了正交編碼脈沖、增減計數方向及時鐘的波形。

圖4：編碼器輸出脈沖圖

六、結論

超聲波傳感器范文第5篇

關鍵詞：超聲波傳感器；多諧振蕩發生器；PLC；軟計數器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

一、前言

路通信號燈通常采用固定時間控制信號燈的變化，但是路通情況是受到工作日、假日、天氣、人為等多種因素共同制約的。用一成不變的時間控制，顯得缺乏靈活性和造成一定的浪費。考慮到以上諸多因素，本設計采用超聲波傳感器對通行車輛進行實時數量檢測，并將監測數據傳送給可編程序控制器PLC進行數據計數處理和信號控制。針對靈活多變交通情況進行信號燈的控制，能夠即時有效地緩解交通壓力。

二、工作原理

利用超聲波的反射特性，可以通過超聲波探頭對被測物體進行計數，圖1中為基于PLC的超聲波檢測信號燈控制電路。電路中LM1812為超聲波專用集成電路，其內部包括脈沖調制C類振蕩器、高增益接收器、脈沖調制檢測器和噪聲抑制電路。其元件鏈接及其功能為：1腳連接LC設定發射與接受振蕩頻率；2腳耦合電容為內電路第二增益輸入端；3腳輸出電阻為第一增益級輸出端；4腳輸入耦合電容為第一增益級輸入端；5腳接地；6腳發射器輸出；8腳開關脈沖限流；9腳接收器開啟延遲；10腳接地；11腳限制監測器輸出占空比；12腳接電源；13腳電源退耦；14腳檢出器輸出端；15腳接地；17腳噪聲控制；18腳控制內部計分器復位時間常數。

LM1812的8腳為發送/接受控制端，高電平發射，低電平接收。由于接收器的增益很高，超聲波傳感器的引線必須用屏蔽電纜連接，并且1腳和4腳上的元件要遠離，避免產生自激振蕩。NE555構成多諧振蕩器，為8腳提供振蕩頻率，控制其發送和接收，三極管進行驅動放大信號。

LM1812的14腳輸出計數脈沖。接收到信號，14腳為低電平；接收不到信號，14腳為高電平。以紅綠兩個信號燈為例，PLC的數字輸入端I0.0控制開啟，I0.1控制斷開。當有車通過，即可以接收信號，14腳為低電平，I0.O接通閉合，輸出線圈M1通，綠燈亮；PLC根據內部程序的軟計數器開始計數，可以任意設定計數值，當計數到，計數器線圈閉合線圈M2通，紅燈亮，通過紅燈互鎖開關使綠燈滅。當車輛未達到計數值就已沒有車輛再通過，如果繼續等待直到湊夠車輛數量，即為時間浪費，所以本設計同時采用另一開關I0.1控制紅燈開啟從而通過其互鎖關閉綠燈。當接收不到信號時，14腳為高電平，I0.1接通閉合，輸出線圈M2通，紅燈亮，通過其互鎖關閉綠燈。

三、核心器件介紹

1 超聲波傳感器：利用晶體的壓電效應和電致伸縮效應，將機械能（超聲波發射）與電能（超聲波接收）相互轉換，并利用波的特性實現對各種參量的測量。超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，超聲波具有的基本特質之一反射和折射現象，當超聲波在兩種不同介質中通過時，會產生反射和折射。利用其各種特性，可做成超聲波傳感器，配上不同電路，制成各種超聲波儀器裝置，應用于工業生產等領域。

2 本設計采用可編程邏輯控制器（PLC），西門子S7-200系列產品中的CPU226型。它屬于整體式緊湊型系列產品，其特點是結構緊湊，將電源、CPU輸入輸出端子、拓展單元插座等一起裝在機殼里，體積小、重量輕、便于安裝在機器設備上實現機電一體化。CPU226型共有24個輸入點（I0.0～I0.7、I1.0～I1.7、I2.0～I2.7）。其輸入電路采用雙向光耦合器，24V直流極性可以任意選擇。系統設置1M為輸入端子（I0.0～I1.4）的公共端，2M為輸入端子（I1.5～I2.7）的公共端。

結語

本設計以控制一個交通燈的兩個信號燈（紅、綠）為例，介紹了基于PLC硬件連接的軟件配套控制方法。PLC輸出部分未連接，根據現場不同的控制要求，可以編寫軟件程序，并依照程序要求去拓展輸入部分和連接輸出部分外電路。本設計的中心思想，就是為了對復雜多變的交通路口情況進行實時監控，改善不合理的等待，避免造成時間資源浪費。全面考慮諸多特殊因素并通過硬件的連接和軟件配套設置進行了有效的應對措施。

參考文獻

[1]劉偉.傳感器原理及實用技術[M].北京：電子工業出版社，2009.

[2]孔凡才.周良權.電子技術綜合應用創新實訓教程[M].北京：高等教育出版社，2008.