斗《电子与仪表3H999年第3期技术交流智能超声测距探头的研究摘要：结合一个智能化超声测距探头的研究．分析了影响测量精度的诸多因素，阐述了误差设计、省电设计和干扰抻{}l的思想，并给出了一个智能化超声探头的软硬件关键词：塑——兰——一里兰，———墨一)^I^枢1．I一0、．超声测距及用超声测距间接测量某些物一331．5+0．607t(s)理量是一个经常遇到的问题。电子控制技术其中．功摄氏温度。因此．图2中．在超声换能的发展和高性能微处理器芯片的诞生以及测器边上加装了一个温度传感器进行温度补量对象的多样性．使设计人员在超声测距领偿。域内经常会遇到新的问题。本文就智能化超声测距探头的研制．介绍其中的设计思想与设计方法。本探头用于测试图I所示容器中的液面高度，液面高度随着液体的流入和流出而变化．液面高度的变化速度小于10rara／s，要求连续测量容器中液面的变化情况，每秒将数据送到监测中心处理探头与监测中心的最圈2呆鞔结构示露大距离为1000米．按I200bps的速率传送数探头电路的框图如图3所示．图中选用的据。为方便用电池长时间供电．要求探头总耗CPU是PIC16C73，其Rc1输出信号为超声发电不得大于50mA。液面高度的变化范围为射的调制信号，RC2设置为PIC16C73内捕捉30cra~5m．要求测量精度为士10ram。器I的外触发信号．PIC16C73的A口设置为模拟信号端口，RA0和RAI设置为PIC16C73内的A／D变换输入端，RA3设置为参考信号输出端。图l窖嚣站掏示意设计及误差分析根据任务要求，拟采用超声测距的方法来完成任务。具体地说．就是在容器的上方架设超声换能器．就近用电路处理数据．然后将处理过的数据传送给监测中心．如图2所示。图3电路框图下面就其中的具体问题进行分折。图3中．温度采集的放大及电平调整电路众所周知．在空气中．声速公式为如图4所示．其输出电平为32《电子与仪表》l999年第3期技术交流器材选择的要求一·l+)-一器材选择的标准是：既要满足电路功能，选择一2R后，考虑运放的电压输出范又要满足低功耗的要求。因此，电路中运放、围，适当选择，可使A／D采样的量化误差比较器、MODEM芯片、振荡器等均按此要求折算到温度值为△≤0．65℃(PIC16C73中选择，可选的范围较广，就不详细介绍了。本的A／D采样为8位)。图3中将RA1与RA3联探头中选择的CPU为PIC16C73，它是MI—接，是为了对RA3输出的进行采样，进一CROCHIP公司的产品，具有以下几方面的优步校准由此可见，温度测量的最大误差点：①芯片内有A／D转换可供利用；为0．65℃。②片内的捕捉器非常利于测时长，测量设t发射超声波~JRC2上收到回波信号精度为一个工作周期，字长为16位#的时间为，扣除固定延时后的时间为(③片内的异步串口功能可方便地实现数就是测得的超声波从探头到液面再返回到接据传送；收探头的真实时间)。T的误差△由两项构成：④片内的WDT保证程序运行的可靠性，△T一△T、+△T：又省去了外加电路，还降低了成本；’⑤16KHz振荡频率、工作电压5v时，．．△I△I+I△：ICPU的工作电流小于5mA，功耗极低。其中，△为波形恢复电路的误差，△：为PIC1673中的捕捉器误差。当采用35KHz的干扰的抑制方法超声波时，△7．2×10S，当PIC—在硬件上除了放置必要的去耦电容之l6C73的振荡频率为16MHz时，I△!I外，还要注意以下两个问题：0．25×10S，所以I△I<7．45×10S。①由于环境温度是个缓变量，因此要在由声速测距原理，有取样电阻上并联一个较大的滤波电容以消除2L—VT一(331．5+0．607t)T干扰。’．．△LI0．5×l331．5+0．607tl②给接收探头后的放大和波形恢复电路×△I+0．5×l0．607×△l×ll单独供电并提供独立的地线回路，以消除其按极限情况选取，取一80℃，5m距离时，≤它电路对它的影响。0．0325，则在做了上述处理后，观察到的回波信号l△Ll一1．416×10+6．3l3×lO较好。但有时会出现50KHz的尖峰调制信号，一7．729×10。(m)后经证实，该干扰来自空间感应。故在软件上一7．729(MM)<10(MM)又加了去干扰措施，处理方法如下。由以上分析可知，系统设计满足误差要求。由于数据是1s回传一次，考虑到液面距“9超声换能器距离近时多次回波数较多，故将1s时间划分成20个时间段，每个时间段50ms。在前194"时间段内均进行距离测量，第20个时间段进行