原理圖

超聲波測距儀的工作原理

在我們了解我們的項目如何確定遠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量和成像的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)。

超聲波測距和成像工作的方式與SONAR（聲音導(dǎo)航和測距）幾乎相同，其中發(fā)出短暫的聲音。該突發(fā)反射遠離物體，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間，因此可以使用年齡公式D = SxT輕松計算距離。

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進入無限循環(huán)，執(zhí)行多個任務(wù)。這些任務(wù)中的第一個是告訴超聲波模塊進行ping操作。第二個任務(wù)是等待模塊響應(yīng)（它等待直到回聲變高）。當回波輸入為高電平時，第三個任務(wù)增加一個定時器，最后一個任務(wù)是確定距離，然后將結(jié)果打印到LCD上。

讓模塊發(fā)送一個引腳需要一個脈沖（低電平）至高）其寬度至少為10微秒（在PIC上非常容易）。等待回聲信號變高可以通過單個while循環(huán)輕松完成。一旦回聲變高，我們重置定時器1并啟用它以便開始計數(shù)。當從回波引腳檢測到低信號時，我們停止定時器1并開始計算。我們項目中的定時器1由Fosc/4提供時鐘，由于Fosc為16MHz，因此計數(shù)器的工作頻率為4MHz。這意味著我們的計數(shù)器中的值與一個不錯的時基無關(guān)，需要修復(fù)。通過將定時器值除以4，我們得到一個以微秒為單位的時間，因為計數(shù)器的時鐘頻率為4MHz（250ns時鐘脈沖）。每四個滴答對應(yīng)1微秒，因此除以4給出一個以微秒計數(shù)的計數(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間很簡單 - 只記得答案必須除以2，因為信號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（長數(shù)字）來完成。這是一個自定義函數(shù)，用于保持內(nèi)存和RAM的使用盡可能低（因為標準C庫可以非?？斓卣加肦AM和ROM），但是，它的功能將不在這里解釋。 （雖然我們鼓勵你去看看它并試圖弄清楚它是如何工作的。）

施工

該項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是一個小型SOT-89，我在這個項目中使用了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目中重復(fù)使用。這是特別有用的，因為微控制器每個可能花費幾美元。

該項目包含一個顯示器，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目，如機器人和可穿戴設(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。如果需要多個超聲波傳感器，應(yīng)該一次使用一個模塊，在使用之前應(yīng)忽略其他模塊的結(jié)果。