STM32单片机超声波测距系统的设计与实现+源程序(9)
发射部分的点脉冲电压很高，但是由障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压只达毫伏级，甚至微伏。要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度。超声波回波经过超声波接收传感器，电容隔直滤波，一级放大，二级增益可调放大后进入比较器LMV33l，这样在比较器的输出端将得到40KHz的方波输入到单片机引脚以产生中断用于计时。但是由于超声波传感器固有特性，即盲区的存在，对于回波的接收和处理造成了相当程度的影响。在本文中，采取了增益可调放大电路来减小盲区。本设计采用的是数字控制的微调电阻器X9313WP来调节增益，具体实际应用中可以在超声波发射前将阻值调至最大，此时增益最小，这样可以减小盲区。根据实际情况，按一定周期增加增益，本设计预计测距范围到3m，因此可以每l ms增加一档增益值。
温度对超声波传播速度影响非常大，本文采用DSl8B20进行测温。DSl8B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，温度测量范围是 至 ，可编程为9位到12位A／D转换精度，测温分辨率可达 。
测距结果采用ILI9331 LCD显示。在LCD液晶界面显示时间与距离组成的坐标曲线，其中X轴为时间，Y轴为测得距离，坐标轴下方实时显示测得的距离，精度可达毫米级。
3.2 系统主要考虑参数
3.2.1 传感器的指向角
传感器的指向角是声束半功率点的夹角是影响测距的一个重要技术参数，它直接影响测量的分辨率，对圆片传感器来说 它的大小与工作波长 ，传感器的半径r有关，由
（3.1）
选 =40KHZ时 ，当 定后，指向角 近似与传感器半径成反比，指向角 越小，空间分辨率越高，则要求传感器半径r越大。鉴于目前电子市场的压电传感片规格有限，为降低成本，在不降低空间分辨率的条件下，选用国产现有压电传感器片最大半径r=6.3mm，故
（3.2）
3.2.2 测距仪的工作频率
空气中超声波的衰减系数为 。所以，空气中超声波的衰减对频率很敏感，要求合理选择超声波频率，一般在40KHZ左右。太高频率的超声波在空气中是无法传播开去的。
传感器的工作频率是测距系统的主要技术参数，它直接影响超声波的扩散和吸收损失，障碍物反射损失、背景噪声，并直接决定传感器的尺寸。
工作频率的确定主要基于以下几点考虑：
(1)如果测距的能力要求很大，声波传播损失就相对增加，由于介质对声波
的吸收与声波频率的平方成正比，为减小声波的传播损失，就必须降低工作频率。
(2)工作频率越高，对相同尺寸的换能器来说，传感器的方向性越尖锐，测
量障碍物复杂表面越准，而且波长短，尺寸分辨率高，“细节”容易辩识清楚，因此从测量复杂障碍物表面和测量精度来看，工作频率要求提高。
(3)从传感器设计角度看，工作频率越低，传感器尺寸就越大，制造和安装
就越困难。
综上所述，由于本测距仪最大测量量程不大，因而选择测距仪工作频率在
40KHZ。这样传感器方向性尖锐，且避开了噪声，提高了信噪比；虽然传播损失相对低频有所增加，但不会给发射和接收带来困难。
3.2.3 声速
声速的精确程度线性的决定了测距系统的测量精度，传播介质中声速的传播速度随温度，杂质含量，和介质压力的变化而变化。