原理圖

超聲波測(cè)距儀的工作原理

在我們了解我們的項(xiàng)目如何確定遠(yuǎn)距離物體的距離之前，我們首先需要了解超聲是什么。超聲是一種聲波，其頻率超出人類聽覺的頻率（通常大于20kHz）。由于其聽不見的頻率和稀有性，超聲波在許多涉及距離測(cè)量和成像的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)。

超聲波測(cè)距和成像工作的方式與SONAR（聲音導(dǎo)航和測(cè)距）幾乎相同，其中發(fā)出短暫的聲音。該突發(fā)反射遠(yuǎn)離物體，并記錄所產(chǎn)生的回聲。由于已知聲速，以及爆發(fā)傳輸與合成回聲之間的時(shí)間，因此可以使用年齡公式D = SxT輕松計(jì)算距離。

我們的核心電路是PIC16F1516，它連接到16x2 LCD模塊和超聲波模塊。 PIC執(zhí)行的第一個(gè)代碼是配置代碼，用于配置內(nèi)部振蕩器，外設(shè)和IO端口。配置完成后，PIC進(jìn)入無限循環(huán)，執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。這些任務(wù)中的第一個(gè)是告訴超聲波模塊進(jìn)行ping操作。第二個(gè)任務(wù)是等待模塊響應(yīng)（它等待直到回聲變高）。當(dāng)回波輸入為高電平時(shí)，第三個(gè)任務(wù)增加一個(gè)定時(shí)器，最后一個(gè)任務(wù)是確定距離，然后將結(jié)果打印到LCD上。

讓模塊發(fā)送一個(gè)引腳需要一個(gè)脈沖（低電平）至高）其寬度至少為10微秒（在PIC上非常容易）。等待回聲信號(hào)變高可以通過單個(gè)while循環(huán)輕松完成。一旦回聲變高，我們重置定時(shí)器1并啟用它以便開始計(jì)數(shù)。當(dāng)從回波引腳檢測(cè)到低信號(hào)時(shí)，我們停止定時(shí)器1并開始計(jì)算。我們項(xiàng)目中的定時(shí)器1由Fosc/4提供時(shí)鐘，由于Fosc為16MHz，因此計(jì)數(shù)器的工作頻率為4MHz。這意味著我們的計(jì)數(shù)器中的值與一個(gè)不錯(cuò)的時(shí)基無關(guān)，需要修復(fù)。通過將定時(shí)器值除以4，我們得到一個(gè)以微秒為單位的時(shí)間，因?yàn)橛?jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率為4MHz（250ns時(shí)鐘脈沖）。每四個(gè)滴答對(duì)應(yīng)1微秒，因此除以4給出一個(gè)以微秒計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。

我們的速度是微秒/秒（343），所以一起使用我們的速度和時(shí)間很簡(jiǎn)單 - 只記得答案必須除以2，因?yàn)樾盘?hào)必須傳送到物體并返回。我們獲得的距離答案將以微米為單位，如果以米為單位需要答案，則可以將其除以一百萬。為了顯示答案，我們必須將數(shù)字轉(zhuǎn)換為ASCII字符串，我們通過函數(shù)longToASCII（長(zhǎng)數(shù)字）來完成。這是一個(gè)自定義函數(shù)，用于保持內(nèi)存和RAM的使用盡可能低（因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)C庫(kù)可以非常快地占用RAM和ROM），但是，它的功能將不在這里解釋。 （雖然我們鼓勵(lì)你去看看它并試圖弄清楚它是如何工作的。）

施工

該項(xiàng)目使用通孔封裝中可用的部件，這意味著您可以使用大多數(shù)電路板構(gòu)造技術(shù)。這包括條形板，面包板，矩陣板和PCB。為了方便起見，我的7805是一個(gè)小型SOT-89，我在這個(gè)項(xiàng)目中使用了PCB，但是大多數(shù)部件都是插座。這意味著顯示器和IC等部件可以在其他項(xiàng)目中重復(fù)使用。這是特別有用的，因?yàn)?a target="_blank">微控制器每個(gè)可能花費(fèi)幾美元。

該項(xiàng)目包含一個(gè)顯示器，其唯一目的是顯示物體和超聲波模塊之間的距離。然而，它不需要功能，如果移除，電路將非常小，這意味著許多便攜式項(xiàng)目，如機(jī)器人和可穿戴設(shè)備可以包含超聲波模塊。這些模塊面臨的一個(gè)問題是來自其他超聲波模塊和/或超聲波源的干擾;然而，這些是少之又少。如果需要多個(gè)超聲波傳感器，應(yīng)該一次使用一個(gè)模塊，在使用之前應(yīng)忽略其他模塊的結(jié)果。