超声波模块参考.pdf

朝阳电子 Zhaoyang 测距、测温、测光模块说明书 目录 修订记录 1规格参数 1.1主要功能... 着DD番 1.2基本参数... 1.3使用限制 2使用说明...,,, 2.1电源输入 2.,2通讯方式 .·a 3原理介绍 3.1超声波测距原理及系统组成 3.2超声波发射电路...... 3.3温度补 7889 34光照度测量 4测量偏差的产生... 5模块功能测试...... 6实物照片 。。音西由看番曲。鲁看音曲业业 PAGE 3 V1.00●Aug8.2007 朝阳电子 Zhaoyang 测距、测温、测光模块说明书 1规格参数 11主要功能 l、距离测量 2、温庋测量 3、光亮度测量 12基本参数 工作电压:4.5V-5.5V。特别说明,绝对不允许超过55V 功耗电流:最小1mA,最人20mA 谐振频率:40KHz; ≯探测距离范围:4毫米~4米。误差:4%; (特别说明,探测最近距离为4mm,最远距离为4米,数据连续输出,不需要任何 设置。) 测量温度范围:0°C至+100°C;精度:1C 测量光照度范围:能测量出明亮和架暗; 数据输出方式:i和uart(57600bps)两种方式,用户任选;其屮UART方式, 是以7个字节为c组,以0x55开头的3个数据是离数值:以066开头的2 个数据是温度数据;以0x77开头的2个数据是光照度数据。0x550×660x77是 为区分3个数据而增加的数据头 时间限制:(支持如下2种探测方式:1、持续探测:2、受控间歇探测 ≯距离数据格式:以毫米为最小数据单位,双字节16进制传输,前高后低; 温度数据格式:以摄氏度为最小数据单位,单字节16进制传输 冫光照数据格式:单字节16进制传输;光线暗时数值人,光线亮时数值小; 工作温度范围:0°CC至+100°C 存放温度:-40°C至+120°CC 外形尺寸:48mm*39mm*22mm(H) 固定孔尺寸3*Φ3mm问距:10mm 1.3使用限制 >由于超声波测距的性能与被测物表面材料有很大关系,如毛料、布料对超声波 的反射率很小,会严重影响测量结果。 PAGE 4 V1.00◆Aug8.2007 朝阳电子 ZhaoYang 测距、测温、测光模块说明书 2使用说明 21电源输入 本模块供电有2种实现方法: 1、通过IC连接线 2、通过UART连接线 方法1 方法2 物 TIC MODEL UART MODEL 请注意:电源的极性不能接版,帟则会烧毁此模块 可以用右图所示4pin排线和其它设备连接。 22通讯方式 1、如果用UART方式和其它设备通讯,在模块的硬件上不需要做任何设置,仪仪 设置软件的波特率为57600bp 如果通过C的方式和其它设备通讯,本模块只能作为 severs,不能作为 master 使用。并且在硬件上要冇相应的跳线支持,用来设置本模块的IC地址。见附图: PAGE 5 V1.00◆Aug8.2007 朝阳电子 Zhaoyang 测距、测温、测光模块说明书 ADDRESS A0 B0 CO D 木模块使用标准的C通讯协议。◇ 注意:在使用IC通讯时不能存在设备间地址冲突。此模块不支持广播寻址方式 附正面图 光敏电阳 R LSZ LS1 Y1 e∵!分 PAGE 6 V1.00◆Aug8.2007 朝阳电子 Zhaoyang 测距、测温、测光模块说明书 3原理介绍 3.1超声波测距原理及系统组成 超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越吋间法来实现的。设超声泼脉冲由传感器发 出到接收所经历的时间为t,超声波在空气中的传播速度为c,则从传感器到目标物休 的距离D可用下式求出: 图2是相应的系统框图 定时器 调制 40K振荡 超声波发射 障 控制 碍 记时 增益放大 超声波接收p 物 计算 传输 超声波测距原理框图 图 基本原理:经发射器发射出长约6mm,频率为40KHZ的超声波信号。此信号被物 休反射回来由接收头接收,接收头实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产 生mV级的微弱电压信号。 PAGE 7 V1.00·Aug8,2007 朝阳电子 Zhaoyang 测距、测温、测光模块说明书 3.2超声波发射电路 PWM J1A 4069 4069 4069 104 1 LS1 1B 1E UCM40 4069 4069 13 12 UlF 山单片机产生40KHz的方波,直接驱动CD4049芯片,后面的CD4049则对40KHz 频率信号进行调理,使超声波传感器产生谐振 超卢波接收电路(略) 3.3温度补偿 超声波在,体中传播速度最快,在气体中传播速度最慢,而且卢速c与温度有关 如果环境温度变化显着,必须考虑温度补偿问题。空气中声速与温度的关系可以表示为: c=3314xV1+m/273≈331.4+0.6077(m/s)(3) 式中,T为环境摄氏温度 品度°C 30 20 20 30 100 声速米/秒313 325 332 338 344 349 386 为了提高系统的测量精度,本文设计了温度补偿电路。系统采用 National Semiconductor所生产的温度感测器LM35,其输出电压与摄氏温标呈线性关系,0°C时 输出为0V,每升高1°C,输出电压增加10mV。 在常温下,LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4°C的准确率。接线形式筒单, 在单电源工作模式下,测量范围为0~+175°C。根据实际温度的值,利用上式可计算补 偿声速。 附温度测量电路 PaGe 8 V1.00·Aug8.2007 朝阳电子 Zhaoyang 测距、测温、测光模块说明书 8 SDA F7 SCL A0[6 TA A1 TP仰c9104 GND INTA5 TP2 U3 LM92/LM35 GE 温度传感器 LM92通过总线通讯 IM35利用AD检测温度 两者脚位相同 34光照度测量 此功能实现比较简单,电路图如下。 5V R3 CO L431 R4100K D2 R5 R PAGE 9 V1.00·Aug8,2007 朝阳电子 ZhaoYang 测距、测温、测光模块说明书 4测量偏差的产生 经过测试分析,测量偏差主要是如下原因产生:超声波发射器的发散角 如图所示 超声波 形状 发射头 第一图,显示的是超声波发射头产生的超声波波型 障碍物A 障碍物B 发射头接收头 从第二个图可以看出,如果有这样的2个障碍物存在,必然会导致有测量偏差产生。 解决的方式有二种 1、更换发散角小的发射头 2、避免探测到这种结构的物休 PAGE 10 V1.00·Aug8,2007