一種基于ad590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于測(cè)距的儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于AD590在超聲波測(cè)距儀 的溫度補(bǔ)償電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前用于測(cè)距的儀器主要有:微波雷達(dá)測(cè)距、激光測(cè)距及超聲波測(cè)距=種。微波雷 達(dá)測(cè)距和激光測(cè)距致命的缺陷是技術(shù)難度大，成本高，所W應(yīng)用受到一定的限制而超聲波 測(cè)距則相對(duì)技術(shù)難度小，成本低，應(yīng)用的范圍較廣，不僅適于工業(yè)，還可推廣到民用。超聲波 傳播過(guò)程中能量消耗慢，指向強(qiáng)，傳播遠(yuǎn)，所W尤其適合遠(yuǎn)距離的測(cè)量。而且超聲波檢測(cè)較 快、方便、簡(jiǎn)單、可實(shí)時(shí)控制，尤其在空氣測(cè)距的應(yīng)用中，傳送速度慢，信息易檢測(cè)，分辨率 高，所W精度也較高，因此超聲波測(cè)距的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。影響超聲波測(cè)距的儀器的測(cè)量精 度主要有：因?yàn)槌暡y(cè)距是非接觸式的檢測(cè)，相對(duì)電磁的或光學(xué)等方法而言，受光線(xiàn)、測(cè) 量物顏色等的影響較小。所W即使被測(cè)物在光線(xiàn)黑暗、煙霧濃、電磁強(qiáng)、灰塵多等環(huán)境惡劣 的情況下精度可W保證。超聲波測(cè)距方法主要有相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法、渡越時(shí)間法 =種方式。其中，渡越時(shí)間法因其原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，而被廣泛采用。超聲波測(cè)距的原理一 般采用渡越時(shí)間法TOFUimeoff light)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型為解決目前用于測(cè)距的儀器技術(shù)難度大，成本高，應(yīng)用受到一定的限 制的技術(shù)問(wèn)題而提供一種基于AD590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路。
[0004] 本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：
[0005] -種基于AD590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路，所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路 安裝在超聲波測(cè)距儀上，所述超聲波測(cè)距儀包括單片機(jī)處理器、發(fā)射電路、發(fā)射探頭、接收 電路、接收探頭;所述單片機(jī)處理器輸出端連接發(fā)射電路輸入端，發(fā)射電路輸出端連接發(fā)射 探頭;所述單片機(jī)處理器輸入端連接接收電路輸出端，接收電路輸入端連接接收探頭輸入 端;所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路連接單片機(jī)處理器；
[0006] 所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路包括電壓跟隨器、齊納穩(wěn)壓二極管、可變電阻、差 動(dòng)放大器、AD轉(zhuǎn)換器;所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路包括電壓跟隨器、齊納穩(wěn)壓二極管、可 變電阻、差動(dòng)放大器、AD轉(zhuǎn)換器;所述AD590電性連接電壓跟隨器的輸入端，所述電壓跟隨器 輸出端與差動(dòng)放大器輸入端連接，所述差動(dòng)放大器輸出端連接AD轉(zhuǎn)換器輸入端，所述齊納 穩(wěn)壓二極管與可變電阻輸入端連接，所述可變電阻輸出端連接差動(dòng)放大器的輸入端。
[0007] 進(jìn)一步，所述超聲波測(cè)距儀還包括顯示電路和報(bào)警電路，所述顯示電路和報(bào)警電 路均與單片機(jī)處理器電連接。
[000引本實(shí)用新型利用超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式空氣測(cè)距，如果不考慮環(huán)境溫度對(duì)超 聲波傳遞速度的影響，測(cè)試的結(jié)果誤差非常大，誤差最大10%，誤差一般在厘米級(jí)，有時(shí)達(dá) 到分米級(jí)，幾乎不能滿(mǎn)足測(cè)量要求;如果采用了基于AD590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路 設(shè)計(jì)，誤差大大減小，誤差最大2.5 %，誤差一般在毫米級(jí)，最多也控制在厘米級(jí)，測(cè)量精度 得W大大提高，基本上可W滿(mǎn)足測(cè)量要求。本系統(tǒng)常溫下測(cè)量精度較高、反應(yīng)速度快、同時(shí) 有強(qiáng)的抗干擾能力。還可推廣應(yīng)用于各種水文液位測(cè)量、障礙物的識(shí)別W及車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)航 等領(lǐng)域，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0009] 測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有采用溫度補(bǔ)償措施，測(cè)量的結(jié)果誤差很大，如果采用了本實(shí)用新型 的溫度補(bǔ)償電路，則測(cè)量的結(jié)果誤差大大的減少，完全達(dá)到實(shí)際測(cè)量的精度要求;在測(cè)量距 離20-100厘米時(shí)無(wú)補(bǔ)償測(cè)量誤差在2%-10%，而有補(bǔ)償為0-2% ;在測(cè)量距離100-300厘米 時(shí)無(wú)補(bǔ)償測(cè)量誤差在3.5 % -5.3 %，而有補(bǔ)償為;0.5 % -2 %。
【附圖說(shuō)明】

[0010] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于AD590的溫度補(bǔ)償電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的溫度采集子程序圖；
[0012] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提的溫度補(bǔ)償距離計(jì)算子程序；
[0013] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于AD590的溫度補(bǔ)償電路的基本原理圖；
[0014] 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的AD590頂視圖；
[0015] 圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的AD590恒流實(shí)質(zhì)圖；
[0016] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的AD590使用連接圖；
[0017] 圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于AD590的溫度補(bǔ)償電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉W下實(shí)施例，并配合 附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0019] 請(qǐng)參閱圖1至圖4:
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。
[0021] 一種基于AD590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路，所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路 安裝在超聲波測(cè)距儀上，所述超聲波測(cè)距儀包括單片機(jī)處理器、發(fā)射電路、發(fā)射探頭、接收 電路、接收探頭;所述單片機(jī)處理器輸出端連接發(fā)射電路輸入端，發(fā)射電路輸出端連接發(fā)射 探頭;所述單片機(jī)處理器輸入端連接接收電路輸出端，接收電路輸入端連接接收探頭輸入 端;所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路連接單片機(jī)處理器；
[0022] 所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路包括電壓跟隨器、齊納穩(wěn)壓二極管、可變電阻、差 動(dòng)放大器、AD轉(zhuǎn)換器;所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路包括電壓跟隨器、齊納穩(wěn)壓二極管、可 變電阻、差動(dòng)放大器、AD轉(zhuǎn)換器;所述AD590電性連接電壓跟隨器的輸入端，所述電壓跟隨器 輸出端與差動(dòng)放大器輸入端連接，所述差動(dòng)放大器輸出端連接AD轉(zhuǎn)換器輸入端，所述齊納 穩(wěn)壓二極管與可變電阻輸入端連接，所述可變電阻輸出端連接差動(dòng)放大器的輸入端。
[0023] 所述超聲波測(cè)距儀還包括顯示電路和報(bào)警電路，所述顯示電路和報(bào)警電路均與單 片機(jī)處理器電連接。
[0024] 所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路，為了保證它的線(xiàn)性度好，在檢測(cè)電壓時(shí)不能分 流，因此使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V，即AD590的輸出電壓?？紤]到電路中 發(fā)布電抗對(duì)電源的影響，電源會(huì)帶有雜波，從而影響AD590的輸出電壓，因此使用齊納穩(wěn)壓 二極管取得一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的電壓，通過(guò)可變電阻分壓取出一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓2.73V。
[0025] 把來(lái)自AD590的輸出電壓與穩(wěn)定的參考電壓2.73V分別通過(guò)差動(dòng)放大器的+，-端輸 入，差動(dòng)放大器輸出Vo為a00K/10K)X(V2-Vl)=T/10，假設(shè)環(huán)境溫度為攝氏2(rC，輸出電 壓就為2V，就得到一個(gè)隨溫度變化而線(xiàn)性變化的電壓。輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸 出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線(xiàn)形比例關(guān)系。
[0026] 系統(tǒng)溫度采集流程為:初始化^數(shù)據(jù)操作^讀溫度^輸出，基本流程如圖2溫度采 集子程序圖所示；
[0027] 在計(jì)算距離時(shí)進(jìn)行了溫度的補(bǔ)償設(shè)計(jì)，基本流程如圖3溫度補(bǔ)償距離計(jì)算子程序 圖所示。
[0028] 下面結(jié)合原理分析對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。
[0029] 一、超聲波測(cè)量距離的誤差原因
[0030] 超聲波測(cè)量距離基本原理:通過(guò)測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí) 間，再乘W超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。系統(tǒng)的基本原理如圖4.
[0031] 1)工作頻率的影響
[0032] 超聲波傳送中能量的損耗與頻率的平方成正比。頻率太高，超聲波傳送距離受到 一定限制，但是頻率越高，傳感器尺寸要求就越小，易于制造;而且頻率越高，波長(zhǎng)越短，對(duì) 被測(cè)物的分辨率越高。綜合W上各個(gè)因素，系統(tǒng)工作頻率取40K監(jiān)。
[0033] 2)指向角的影響
[0034] 指向角是影響測(cè)量分辨率的一個(gè)重要因素，它與工作波長(zhǎng)，傳感器半徑的關(guān)系為： (720° A)村*sin(目/2) = 1.615如果取削=401(化，人=(：/削=8.5111111。指向角目越小，分辨率越 高，但要求傳感器半徑r越大，制造越難，為降低成本，又考慮分辨率的情況下選用國(guó)產(chǎn)現(xiàn)有 壓電傳感器片最大半徑r = 6.3mm，故目=2柄rcsinU .615V720。卸）=75° [3]。
[0035] 3)溫度的影響
[0036] 超音波的測(cè)量距離S = Vt/2，其中t由系統(tǒng)單片機(jī)計(jì)時(shí)，精度很高，但超音波在空氣 傳播的速度V會(huì)受到溫度、濕度、粉塵、氣流等很多因素的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較分析發(fā)現(xiàn):溫 度對(duì)超音波的傳播速度影響最嚴(yán)重，從下面的聲音與溫度的關(guān)系表一可W發(fā)現(xiàn)超音波在空 氣傳播的速度與溫度的關(guān)系為:C = 331.5+0.607Tm/s，其中T就是空氣溫度，考慮環(huán)境溫度 一般-40°C-4(rC，代入公式可得速度為307.17-345.85,當(dāng)空氣溫度從-40°C變到40°C，速度 變大38.68m/s，相對(duì)基本速度331.4m/s，變化率達(dá)到11.67 %，可見(jiàn)溫度引起的測(cè)量誤差十 分大，不可忽視，必須采取措施來(lái)改善，正因?yàn)槿绱吮緦?shí)用新型基于AD590在超聲波測(cè)距儀 的溫度補(bǔ)償電路，改善了溫度引起的測(cè)量誤差，保證了測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度。
[0037] 表一:聲音與溫度的關(guān)系 [00；3 引
[0039] 二、AD590的特性及應(yīng)用
[0040] 本實(shí)用新型中采用美國(guó)ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的AD590的感溫器，利用了它輸 出電流與絕對(duì)溫度成比例的特性，而且精度很高(僅為±〇.3°C)，它的高阻抗特性保證了它 受負(fù)載的影響很小，同時(shí)AD590可W通過(guò)CMOS多路切換實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。AD590適用溫度范圍 廣(-55°C-150°C)，工作電壓范圍也廣(4V-30V)，它是一個(gè)低成本單片集成兩端感溫恒流 源，應(yīng)用中不要再附加線(xiàn)性處理電路，放大電路等其它支持電路，總之基于AD590線(xiàn)性好，精 度高，價(jià)格低等突出特性選擇了它。
[0041 ]如圖5、6所示:AD590頂視圖，恒流實(shí)質(zhì)圖所示:AD590的引腳及使用方法:AD590有3 個(gè)的引腳，一般只用兩個(gè)(+-兩引腳)第=個(gè)引腳一般接外殼起到屏蔽作用。
[0042] 如圖7所示:AD590的輸出電壓值與溫度的關(guān)系分析：由于AD590輸出電流隨環(huán)境溫 度每增加 TC,它會(huì)增加化A( W絕對(duì)溫度零度-273°C為基準(zhǔn)），所W當(dāng)環(huán)境溫度為(TC時(shí)，其 輸出電流是273iiA，AD590下面接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IOK電阻，那么輸出電壓Vo就為2.73V。如果環(huán)境 溫度為T(mén)攝氏度，則電流I為(273+T)iiA，輸出電壓V為(273+T)iiAX10K=(2.73+T/100)V。
[0043] =、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0044] 如果系統(tǒng)沒(méi)有采用溫度補(bǔ)償措施，測(cè)量的結(jié)果誤差很大，如果采用了本實(shí)用新型 的溫度補(bǔ)償電路，則測(cè)量的結(jié)果誤差大大的減少，完全達(dá)到實(shí)際測(cè)量的精度要求。
[0045]
[0046] 利用超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式空氣測(cè)距，如果不考慮環(huán)境溫度對(duì)超聲波傳遞速 度的影響，測(cè)試的結(jié)果誤差非常大，誤差最大10%，誤差一般在厘米級(jí)，有時(shí)達(dá)到分米級(jí)，幾 乎不能滿(mǎn)足測(cè)量要求;如果采用了基于AD590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)，誤差大 大減小，誤差最大2.5 %，誤差一般在毫米級(jí)，最多也控制在厘米級(jí)，測(cè)量精度得W大大提 高，基本上可W滿(mǎn)足測(cè)量要求。本系統(tǒng)常溫下測(cè)量精度較高、反應(yīng)速度快、同時(shí)有強(qiáng)的抗干 擾能力。還可推廣應(yīng)用于各種水文液位測(cè)量、障礙物的識(shí)別W及車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)航等領(lǐng)域，因此 具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0047] 如圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于AD590的溫度補(bǔ)償電路圖。
[004引 W上所述僅是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上 的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)W上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與 修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于AD590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路，其特征在于，所述基于AD590的溫 度補(bǔ)償電路安裝在超聲波測(cè)距儀上，所述超聲波測(cè)距儀包括單片機(jī)處理器、發(fā)射電路、發(fā)射 探頭、接收電路、接收探頭;所述單片機(jī)處理器輸出端連接發(fā)射電路輸入端，發(fā)射電路輸出 端連接發(fā)射探頭;所述單片機(jī)處理器輸入端連接接收電路輸出端，接收電路輸入端連接接 收探頭輸入端;所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路與單片機(jī)處理器連接； 所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路包括電壓跟隨器、齊納穩(wěn)壓二極管、可變電阻、差動(dòng)放 大器、AD轉(zhuǎn)換器;所述AD590電性連接電壓跟隨器的輸入端，所述電壓跟隨器輸出端與差動(dòng) 放大器輸入端連接，所述差動(dòng)放大器輸出端連接AD轉(zhuǎn)換器輸入端，所述齊納穩(wěn)壓二極管與 可變電阻輸入端連接，所述可變電阻輸出端連接差動(dòng)放大器的輸入端。2. 如權(quán)利要求1所述的基于AD590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路，其特征在于，所述 超聲波測(cè)距儀還包括顯示電路和報(bào)警電路，所述顯示電路和報(bào)警電路均與單片機(jī)處理器電 連接。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于AD590在超聲波測(cè)距儀的溫度補(bǔ)償電路，所述基于AD590的溫度補(bǔ)償電路安裝在超聲波測(cè)距儀上，所述超聲波測(cè)距儀包括單片機(jī)處理器、發(fā)射電路、發(fā)射探頭、接收電路、接收探頭。本實(shí)用新型以單片機(jī)AT89S51作為主控制器超聲波測(cè)距儀的基本原理，找出其主要誤差原因—溫度，設(shè)計(jì)了基于溫度傳感器AD590檢測(cè)環(huán)境溫度的電路，對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，設(shè)計(jì)了溫度采集與補(bǔ)償?shù)乃悸?，提高了測(cè)量的精度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)，誤差大大減小，誤差一般在毫米級(jí)，最多也控制在厘米級(jí)，測(cè)量精度得以大大提高，完全滿(mǎn)足測(cè)量要求，而且常溫下電路精度高、反應(yīng)快、抗干擾強(qiáng)，有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類(lèi)】G01S7/52
【公開(kāi)號(hào)】CN205384364
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620146134
【發(fā)明人】王群, 王偉平
【申請(qǐng)人】湖南汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年7月13日
【申請(qǐng)日】2016年2月26日