第四版超声波测距传感器超声波模块SDMIO.docx
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第四版超声波测距传感器超声波模块SDMIO.docx
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第四版超声波测距传感器超声波模块SDMIO
好酒也怕巷子深,虽然有很多用户反馈我们的模块在多种产品的比较下质量最好,重复测量跳动极小(短距离在1mm以内),同时也是唯一能做到无盲区的,但淘宝的排名影响销售,为了使更多朋友找到我们的产品,我们决定以大代理批发价销售1个月实验效果.
本链接的模块是0-1600mm测量范围,测量周期10ms,唯一无盲区的超声波模块.
1、本模块性能稳定,测量距离精确。
首创无盲区(0cm开始测量),重复测量一致性非常高.
2主要技术参数:
1:
使用电压:
DC3.8-5.5V 2:
静态电流:
小于8mA
3:
输出TTL电平 4:
感应角度:
不大于15度
5:
探测距离:
0cm-1600mm 6:
高精度:
可达3mm
接线方式,VCC、trig(控制端)、 echo(接收端)、GND
背面有红色LED指示工作状态,当有障碍时,LED会亮.
本产品使用方法:
TRIG端口发一个10US以上的0,当TRIG变成1时,超声波模块开始发射超声波,主控制板就可以在ECHO等待0输出.一有150us输出就表示收到反射波,从TRIG=1到ECHO=0的时间就为此次测距的时间,可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了~~
模块工作原理:
(1)采用IO触发测距,给TRIG至少10us的0信号;
(2)模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回;
(3)有信号返回,通过ECHO输出一0信号,TRIG=1到ECHO持续的时间就是超声波从发射到返回的时间.测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;
(4)当TRIG从0->1时,主控制板启动一10ms定时器控制本次测量的超时控制,当超时10ms时ECHO仍然没有出现150us的0信号,表示没有障碍.
模块主要特点:
(1)超微型,只相当于两个发射,接收头的面积,已经没法再小了.
(2)无盲区(8mm内成三角形误差稍大).
(3)反应速度快,10ms的测量周期,不容易丢失高速目标.
(4)发射头,接收头紧靠,和被测目标基本成直线关系(8mm内还是大三角形,这个是发射,接收头的物理形状决定了).
(5)模块上有LED指示,方便观察和测试!
3:
时序图(示波器截取)
计算方法:
设Trig=1的时刻为t1(单位为ms),Echo=0的时刻为t2(单位为ms),超声波发射头和接收头的内部晶体和外体有一个固定距离,电路也有固定延迟,总延迟时间为250us,目标的距离=340*(t2-t2-0.25)/2,单位为毫米(mm),当目标距离在10mm范围内,发射头,接收头,和目标形成大三角形,测量误差大,因此10mm范围内可以当作0距离处理,>10mm范围时,基本是线性关系,按上述公式处理.
近距离时序图如下:
当距离较远时时序图如下:
常见问题(faq):
1:
超声波测距原理
超声波是一种频率比较高的声音,指向性强.超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知,测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间,根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
由此可见,超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为:
L=C×T
式中L为测量的距离长度;C为超声波在空气中的传播速度;T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。
已知超声波速度C=344m/s(20℃室温)
超声波传播速度误差
超声波的传播速度受空气的密度所影响,空气的密度越高则超声波的传播速度就越快,而空气的密度又与温度有着密切的关系,近似公式为:
C=C0+0.607×T℃
式中:
C0为零度时的声波速度332m/s;
T为实际温度(℃)。
对于超声波测距精度要求达到1mm时,就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。
2:
超声波模块使用方法
使TRIG=0,最少延迟10us的时间,然后TRIG=1,超声波模块此时开始启动一个测量周期,发射若干个40khz的声波,然后启动10ms的定时器等待反射波,如果收到反射波,模块的ECHO输出一个宽度为150us的负脉冲,从TRIG=1到ECHO=0的时间即为从发射到收到发射波的时间.
3:
为什么距离最远只有2000mm?
本传感器专为智能小车等微型设备而设计,适合小范围,小空间,封闭空间的场合,大家知道,超声波传输速度低,衰减时间长,如果一味追求距离,就会导致响应时间长,丢失目标,在室内等封闭场合会形成多次发射震荡,传感器就无法正常工作了.
下面从传感器的反应时间来分析距离的问题:
超声波空气中速度每秒约340米,折算成毫秒,就是340mm/ms,探测距离为1500mm的话,探测到回波的距离就是3000mm,超声波的传输时间是9ms,加上电路延迟,传感器的能量延迟,再预留一些保护时间(让上次超声波能量消失),每次测量时间就是10ms.10ms的反应速度对于智能小车来说是合适的,高速运动时不会丢失目标.
现在市面有一种传感器是5米,这个5米是最大距离,探测目标一般是墙面等大发射面,对于小目标是不可能达到的,先不管这个小目标到底是多少距离了,我们从传感器的反应时间来分析.这种传感器的时序跟我们的不同,它是先收到反馈然后再从Echo的脉宽上反馈出来的,而不是从echo和trig的时差来反馈的,这样传感器的反应时间又增加了一倍!
这样5米传感器的反应时间最少是(上面计算1米的最少时间是6ms):
5*6*2=60ms!
就算最快60ms的测量周期,对于智能小车能应用已经太迟钝了!
当主控CPU探测到目标时,小车恐怕已经撞上去了!
4:
你的超声波发射和接收头靠的很近,为什么?
大家看到的超声波传感器一般发射和接收头分得比较开,是因为靠的越近发射头的横向波能量传递给接收头的越高,导致盲区变得很大,甚至无法正常工作,让发射头和接收头分开点是不得以而为之,这样带为的坏处是发射头,接收头和测量物体之间是三角形连接!
很明显距离越近,三角形的角度就越大,这样就带来误差了.而本店传感器的发射头和接收头是紧密挨在一起的,和探测目标就是平行关系,而不是三角关系.
5:
你的超声波模块真的无盲区?
千真万确!
商品图片里带有示波器的截图,大家可以看到发射波和反射波的时间关系,反射波只有一个!
本超声波传感器独创性的消除了横向干扰波,最小测量距离从0开始.
6:
计算距离为什么要减去固定延迟?
超声波发射头和接收头的内部晶体和外体有一个固定距离,电路也有固定延迟,总延迟时间为250us,当减去这个250us延迟时程序要做一些容错判断,因为近距离(10mm内)误差较大(距离在10mm范围内,发射头,接收头,和目标形成大三角形,测量误差大),t2-t1非常接近250us时当作0距离处理,当t2-t1>250us时可线性处理.
7:
不同物体测量距离不同?
对!
因为超声波就是频率高些的声音,不同材料,形状的物体对声音的吸收率不同,反射角度不同,只有反射到接收头(也就是超声波发射的方向)的能量才会被探测到,所以不同物体测量的有效测量距离不同.一般来说,平面光滑的物体(如镜面)反射距离最远,通常说的最大探测距离指的就是这类物体,细小的物体探测距离很近很多,如细棉线,面积小,而且吸收声音,就探测不到.
下面列举实际物体的最大探测距离:
1.圆珠笔,200mm
2.手,400mm
3.1mm粗带塑料套的电线,30mm
4.游标卡尺,450mm
5.人体(穿厚衣服),400mm
6.墙面,1200mm(最大1500mm左右,需要垂直测量)
7.1mm粗细棉线,探测不到
8.竹牙签,40mm
8:
有应用例程吗?
有,下面引用一个位网友的程序,用51单片机做的控制,功能是每隔12ms重复测量,并把测量结果发送到串口,在PC上用sscom32程序观察.在这个例子中,用到了两个IO,一个做输入,一个做输出,如果IO紧张,能不能用更少的IO呢?
可以的,具体见下一个问答.
完整的keil2for51工程店主提供压缩文件.
#include "reg51.h"
#include "sio.h"
sbit TRIG = P2^7;
sbit ECHO = P2^6;
#defineXTAL 19660800L
#define PERIOD12MS (12L * XTAL / 12L / 256L / 1000L)
#defineDISTANCE_PARAM(XTAL/10000L)
void delay(unsigned int t)
{
while(t--) ;
}
void main (void)
{
EA = 0;
TMOD &= ~0x0F; // clear timer 0 mode bits
TMOD |= 0x01; // put timer 0 into MODE 1, 16bit
com_initialize (); /* initialize interrupt driven serial I/O */
com_baudrate (14400); /* setup for 14400 baud */
EA = 1; // Enable Interrupts
while
(1)
{
unsignedintdistance;
unsignedchardh,dl;
START:
TR0=0;
TH0 = 0;
TL0 = 0;
TRIG = 0; //发出一个负脉冲,启动一个测量周期
delay(100);
TRIG = 1; //开始测量
TR0 = 1; //同时启动定时器0
while (ECHO) //监视ECHO信号
{
if (TH0 >= PERIOD12MS) //一个测量周期超时
goto START;
}
TR0 = 0; //停止计时
//计算距离:
为了提高精度,分母分子取合适的数值,定时器计数换算成时间*声速(340),得到以mm为单位
distance=((TH1*256+TL1)*12L*34L)/DISTANCE_PARAM/2;
if(distance>=30)
distance-=30;
else
distance=0;
dh=distance>>8;
dl=distance;
com_putchar(dh);
com_putchar(dl);
TR0 = 1;
while (TH0 < PERIOD12MS) ; //保持大约12ms的测量周期
}
}
9:
IO紧张,可以用更少的IO吗?
可以,但需要理解,这一个IO是半双工操作的,也就是说,主控CPU输出的时候,模块只能输入,模块输出的时候,CPU只能输入,为了避免出错导致主控和模块同时输出,主控CPU的IO和模块的TRIG,ECHO之间串联一个合适的电阻保护,如1k,这样即使程序出错,硬件也不会损坏.
主控CPU----[1k电阻]-----TRIG,ECHO连接在一起.
#include "reg51.h"
#include "sio.h"
sbit TRIG = P2^0; //主控单片机的P2.0同时连接模块的TRIG,ECHO,中间串1k电阻
sbit ECHO = P2^0;
#defineXTAL 19660800L
#define PERIOD12MS (12L * XTAL / 12L / 256L / 1000L)
#defineDISTANCE_PARAM(XTAL/10000L)
void delay(unsigned int t)
{
while(t--) ;
}
void main (void)
{
EA = 0;
TMOD &= ~0x0F; // clear timer 0 mode bits
TMOD |= 0x01; // put timer 0 into MODE 1, 16bit
com_initialize (); /* initialize interrupt driven serial I/O */
com_baudrate (14400); /* setup for 14400 baud */
EA = 1; // Enable Interrupts
while
(1)
{
unsignedintdistance;
unsignedchardh,dl;
START:
TR0=0;
TH0 = 0;
TL0 = 0;
TRIG = 0; //发出一个负脉冲,启动一个测量周期
delay(100);
TRIG = 1; //开始测量
TR0 = 1; //同时启动定时器0
while (ECHO) //监视ECHO信号
{
if (TH0 >= PERIOD12MS) //一个测量周期超时
goto START;
}
TR0 = 0; //停止计时
//计算距离:
为了提高精度,分母分子取合适的数值,定时器计数换算成时间*声速(340),得到以mm为单位
distance=((TH1*256+TL1)*12L*34L)/DISTANCE_PARAM/2;
if(distance>=30)
distance-=30;
else
distance=0;
dh=distance>>8;
dl=distance;
com_putchar(dh);
com_putchar(dl);
TR0 = 1;
while (TH0 < PERIOD12MS) ; //保持大约12ms的测量周期
}
}
10:
需要更短周期的测量,可以吗?
可以,模块只捕获第一个反射信号,ECHO输出(150us脉冲)后马上等待下一个测量命令(TRIG上的脉冲),如果主控CPU监控ECHO的电平信号,在ECHO从0变到1后马上就可以进行下一轮测量了,而不必等到10ms后再进行测量.但需要注意:
超声波有可能多次来回发射(在被测物体距离很近或很封闭的空间),连续测量如果碰到这种场合就有可能收到错误的信号,导致测得的距离不准确了.
11:
抗干扰性如何?
抗干扰性能比较强.设计上有几个措施:
1.尽量降低输入阻抗,阻抗越高越容易引入干扰;2.模块设计的距离比较近,信号放大倍数只满足此距离;3.一般干扰源离模块越近,越容易干扰,模块对近距离的信号进行了衰减.经实际测试,模块对近距离的噪音(击掌,口哨,音频喇叭)干扰不产生动作,但较强机械震动有时会产生干扰(有较强谐波,含40khz成分),因此超声波模块避免跟可能产生振动的物体硬连接,中间可以用橡胶等减震,这样就能可靠工作了.
12:
探测角度?
近距离探测角度比较大,约60度,越远距离,探测角度越小,最远处接近0度.
13:
模块有其他接口方式吗?
有.另有TTL串口模式.其他如IIC,SPI可以定做,但最常用的是IO和TTL接口方式,具体咨询店主.
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- 第四 超声波 测距 传感器 模块 SDMIO