超声波测距传感器DIY（硬件篇） .pdf

超声波测距技术是一种应用广泛的非接触式距离测量技术。它的基本原理是通过发射超声波脉冲，并接收由物体反射回来的回波，然后通过测量发射和接收之间的时间差来计算距离。这一技术在机器人避障、汽车倒车雷达、液位检测等领域有广泛应用。 超声波测距传感器的硬件设计是实现测距功能的基础。设计者需要考虑测距传感器的核心元器件选择，如发射和接收的超声波换能器、放大器、微控制器等。在超声波发射端，换能器需要能够将电信号转换成声波，并且在接收端将声波转换回电信号。考虑到驱动功率和信号质量，超声波发射器通常需要高于一般数字电路的电压驱动，例如10V以上，且最好是正弦波信号，以避免压电陶瓷的非线性效应。 在接收端，为了提高传感器的灵敏度和抗干扰能力，常常使用带通滤波器来过滤接收信号，并通过模拟电路放大有用信号。高集成度的超声波测距专用芯片可以简化电路设计，例如文中提到的TL852芯片，它集成了可变增益放大和检测功能，能够提高检测的灵敏度同时减小干扰。然而，这些专用芯片的价格可能较高，设计者也可以选择通用的微控制器来替代部分专用芯片功能，如文中提到的STC12系列单片机。 微控制器在这里扮演着核心控制单元的角色，它负责控制超声波的发射、接收时间间隔、信号的放大和滤波处理，并进行距离计算。微控制器的选择应考虑到与单片机的兼容性、编程的方便性以及是否能够满足系统的要求，例如运算速度、存储空间、I/O口的数量等。 在设计过程中，还需考虑硬件设计的可扩展性和学习功能，使得DIY者可以在现有基础上进行改进和创新。为了方便学习者理解和操作，设计者可以选用SOP20封装形式的微控制器，因为它们尺寸适中，便于焊接和调试。此外，设计者还可以采用模块化的设计思想，将收发模块分开，便于理解超声波测距的原理。 软件设计同样重要，它涉及到微控制器的程序编写，包括超声波的发射与接收控制、时间测量、距离计算、串口通信等。软件设计时通常会使用定时器中断来精确测量时间，以及使用串口通信协议来输出数据，这样可以使程序的运行更加稳定和高效。 在硬件组装方面，设计者需要注意电路板的布局和元件的焊接质量。使用表面安装器件（SMD）可以减小体积，但相应的焊接工艺要求更高。对于需要调试或更换的元件，设计者可能会选择直插式器件，以便于调整和替换。在组装过程中，电路板的布局需要考虑到信号传输的完整性，以及电源和地线的合理分布，以减少噪声干扰。 文档强调了设计的实用性和教学目的。设计者希望自制的超声波测距传感器不仅能够用于学习和DIY，而且还能够在实际应用中发挥作用，如用于小型车辆的测距，这需要传感器具有一定的检测距离和准确度。通过使用单片机来控制超声波的发射和接收过程，可以达到这一目的。同时，通过UART口来输出数据和设置参数，可以方便地进行通信和调试。