新型嵌入式超声波测距系统

，Driver_O 管脚开始输出超声波振荡驱动信号，之后PW0268 内部会启动1 个计时信号（Tout） ,之后I_O 管脚由输入转变为输出模式，并维持在高电平状态。在Tout 计时周期内，由外部对I_O 脚做任何下拉动作均无法再度使Driver_O输出振荡波形，当等到Tout 计时完毕之后I_O 脚恢复成为输入状态将会再次启动。当Driver_O 送出超声波驱动信号完毕之后，换能器由发射状态变为接收状态，收到的信号先送入PW0268 的前置放大器，再通过时控增益放大器以及带通滤波器，最后进行回波振幅侦测比较然后输出。回波信号在经过放大器增益处理之后送入内置比较器，当输入振幅超过设置的阈值后便将输出转态至高电平，此时I _O 脚被拉至低电位。

C8051f320 检测到这个下降沿即认为收到回波信号，从而计算出距离值。PW0268 内部原理及外围电路如图3 所示。

图3 PW0268 外围电路

PW0268 用于超声波测距的最大优势是其内部集成了时控放大器，其增益是以220 /F 为步进递增的，其中F 是指PW0268的系统时钟频率，它是根据所要测量的最大距离计算得出的。

例如，在20 ℃标准大气压下，要测量的范围是5 m,则超声波传输时间：

此时PW0268 的时钟频率为：

进而可以算出增益步进的时间为：

因此对于最大测量距离为5 m 的测距系统而言，PW0268在发出脉冲串后，时控放大器的增益会每过0. 92 ms 步进1 个台阶，进而补偿超声波在波程中幅值的衰减。时控增益步进如图4 所示。

图4 PW0268 的时控增益

　　4 超声波测距系统软件设计
系统的软件由主程序、定时器计时程序、PCA 捕捉中断程序、环境温度采集以及串行输出和LCD 显示组成。

系统工作在连续实时测距状态下，在初始化后，低电平触发PW0268 发出超声波驱动信号，同时开启PCA 捕捉计时，系统开始等待接收回波信号，当在最大等待时间内接收到回波信号则停止计时，根据环境温度修正声速后，计算出距离值并输出显示，一次完整的测距过程完成； 当在最大等待时间内收不到回波信号，则计时清零重新触发。系统运行的流程图如图5 所示。

图5 系统流程图

5 实验结果与分析

为标定超声波测距系统测量精度，使用100 cm × 100 cm ×2 cm 硬平木板作障碍物进行测量，并用钢卷尺测量实际距离作为标准值。经过试验验证，所设计的超声波测距系统测量盲区约为300 mm,在（ 500 ~ 5 500） mm 范围内对系统进行了3 次正反行程的标定试验，并对实验数据进行了分析和计算，测试数据如表1 所示，拟合直线如图6 所示。由此计算出超声波测距系统静态特性指标，即线性度为： 0. 11%,重复性为： 0. 15%,迟滞为0. 10%.

表1 3 次正反行程实验数据表

图6 三次正反行程实验数据图

6 结束语

文中所设计的超声波测距系统采用反激变换器不仅将发射超声波的功率大幅度提高，而且有利于回波信号的判断和接收，提高了测距系统的灵敏度和准确性。接收超声波时使用时控增益放大器补偿了信号在波程中的幅值衰减，准确获得了回波信号，进而测算出了距离值。经过实验测试，文中所设计的测距系统不仅测量方法简单，电路结构清晰，成本较低，而且测距性能优良，可应用于工业非接触测距等场所。