超聲波傳感器范文

導語：如何才能寫好一篇超聲波傳感器，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞： 超聲波傳感器 原理 應用

1.引言

隨著自動化等新技術的發展，傳感器的使用數量越來越大，一切現代化儀器、設備都離不開傳感器。在工業生產中，尤其是自動化生產過程中，用各種傳感器來監測和控制生產過程中的各個參數，如溫度、壓力、流量，等等，以便使設備工作在最佳狀態，產品達到最好的質量。

20世紀中葉，人們發現某些介質的晶體（如石英晶體、酒石酸鉀鈉晶體、PZT晶體等）在高電壓窄脈沖作用下，能產生較大功率的超聲波。它與可聞聲波不同，可以被聚焦，能用于集成電路的焊接、顯像管內部的清洗；在檢測方面，利用超聲波有類似于光波的折射、反射的特性，制作超聲波納探測器，可以用于探測海底沉船、敵方潛艇，等等。

現在超聲波已經滲透到我們生活中的許多領域，例如B超、遙控、防盜、無損探傷，等等。

2.超聲波的概念

人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20Hz―20kHz范圍內，稱為可聞聲波。低于20Hz的機械振動人耳不可聞，稱為次聲波；高于20kHz的機械振動稱為超聲波，常用的超聲波頻率為幾十kHz至幾十MHz。

超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）和縱向振蕩（縱波）。工業中的應用常采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，但傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現象，且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波頻率較低，一般為幾十kHz，但衰減較快；在固體、液體中傳播頻率較高，但衰減較小，傳播較遠。

3.超聲波的特點

超聲波的指向性好，不易發散，能量集中，因此穿透本領大，在穿透幾米厚的鋼板后，能量損失不大。超聲波在遇到兩種介質的分界面時，能產生明顯的反射和折射現象，這一現象類似于光波。超聲波的頻率越高，其聲場指向性就越好，與光波的反射、折射特性就越接近。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲波測量儀器及裝置，并在通信、醫療、家電等各方面得到廣泛應用。

4.超聲波傳感器的原理

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，由發送傳感器、接收傳感器、控制部分與電源部分組成。發送器傳感器由發送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量并向空中輻射；接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發送的超聲波進行檢測。實際使用中，用作發送傳感器的陶瓷振子也可用作接收器傳感器上的陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙Πl送器發出的脈沖鏈頻率、占空比、稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。超聲波傳感器電源可用DC12V±10%或24V±10%。

5.超聲波探頭

超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數種，在檢測技術中主要采用壓電式。由于其結構不同，換能器又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭，等等。本文以固體傳導介質為例，簡要介紹以下三種探頭。

（1）單晶直探頭。俗稱直探頭，其壓電晶片采用PZT壓電陶瓷制作。發射超聲波時，將500V以上的高壓電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應，使晶片發射出一束頻率落在超聲波范圍內、持續時間很短的超聲振動波，垂直投射到試件內。假設該試件為鋼板，而其底面與空氣交界，到達鋼板底部的超聲波絕大部分能量被底部界面所反射。反射波經過一短暫的傳播時間回到壓電晶片。再利用壓電效應，晶片將機械振動波轉換成同頻率的交變電荷和電壓。

（2）雙晶直探頭。由兩個單晶探頭組合而成，裝配在同一個殼體內，其中一片晶片發射超聲波，另一片晶片接收超聲波。雙晶探頭的結構雖然復雜一些，但檢測精度比單晶直探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路較單晶直探頭簡單。

（3）斜探頭。有時為使超聲波能傾斜入射到被測介質中，可選用斜探頭。壓電晶片粘貼在與底面成一定角度的有機玻璃斜楔塊上。當斜楔塊與不同材料被測介質接觸時，超聲波產生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，折射角可通過計算求得。

6.超聲波傳感器的應用

超聲波傳感器應用在生產實踐的不同方面，而醫學應用是其最主要的應用之一。超聲波在醫學上的應用主要是診斷疾病，它已經成為臨床醫學中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優點是：對受檢者無痛苦、無損害，方法簡便，顯像清晰，診斷的準確率高，等等，因而受到醫務工作者和患者的歡迎。超聲波診斷是利用超聲波的反射原理，當超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質界面時，在該界面就產生反射回聲。每遇到一個反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲振幅的高低。

在工業方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷、超聲波測厚和測量液位等。過去，許多技術因為無法探測到物體組織內部而受到阻礙，超聲波傳感器的出現改變了這種狀況。超聲波探測既可檢測材料表面的缺陷，又可檢測材料內部幾米深的缺陷。當然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無聲息”地探測人們所需要的信號。

超聲波測量液位的基本原理是：由超聲探頭發出的超聲脈沖信號在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號后計算其超聲波往返的傳播時間即可換算出距離或液位高度。超聲波測量方法有許多其他方法不可比擬的優點：（1）無任何機械傳動部件，也不接觸被測液體，屬于非接觸式測量，不怕電磁干擾、酸堿等強腐蝕性液體等，因此性能穩定、可靠性高、壽命長；（2）響應時間短，可以方便地實現無滯后的實時測量。

7.結語

超聲波傳感器應用起來原理簡單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點，比如反射問題、噪音問題、交叉問題，等等。本文簡要介紹了超聲波的概念、特點，分析了超聲波傳感器的原理，并給出了超聲波傳感器的幾種典型應用，對今后對超聲波傳感器的進一步學習和研究有一定的參考價值和實用價值。

參考文獻：

［1］梁森，黃杭美.自動檢測與轉換技術.機械工業出版社，2007.

［2］吳旗.傳感器及應用.高等教育出版社，2002，（3）.

［3］俞志根，李天真，童炳金.自動檢測技術實訓教程.清華大學出版社.

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關鍵詞：地質錄井設備；超聲波傳感器；技術改進

一、靶式流量傳感器在鉆井液出口流量檢測中的弊端

現場流量傳感器均采用靶式流量傳感器，該傳感器測量原理是依據出口鉆井液流量大小的變化使得出口流量管內鉆井液液面的高低起伏變化，從而帶動靶式流量傳感器的擺動把一起擺動，擺把帶動緊固在其根部的圓形滑動變阻絲不斷滑動，使滑動變阻器的輸出電阻發生瞬時變化，傳感器將可變電阻的輸出電阻的變化轉化成輸出電流的變化，在儀器上通過標定反映出所要測量出口流量的大小變化，從而實現定量檢測出口流量大小的目的。由于出口流量的變化加之架空槽坡度較大，使得出口流量液面起伏較大，所以靶式流量傳感器不停擺動，這樣傳感器電阻滑動圈由于頻繁不斷的來回滑動很容易損壞， 再者就是由于把手不斷擺動使得機械轉動部分容易磨損損壞，以及容易產生把手與滑動軸承之間松動而出現變阻絲不滑動等情況，加之傳感器安裝在高空流量管線上，這會給現場維護、維修和更換流量傳感器帶來很大的麻煩。

二、超聲波體積傳感器在鉆井液出口流量檢測中的實踐分析

超聲波體積傳感器是利用傳感器發射和接受超聲波的時間差來計算鉆井液池液面高度的原理來設計的，使用超聲波體積傳感器來測量出口架空槽內鉆井液液面的高度變化，能反應出口流量的大小變化。超聲波傳感器測量反應靈敏，精度高，不易損壞，加之安裝位置靈活，可以選擇在方便維護的位置安裝，極大地降低流量傳感器的維修次數和頻率，減小操作人員工作量，降低流量傳感器成本，提高錄井資料的質量。

靶式流量傳感器測量原理就是依據出口流量的變化導致出口管內鉆井液液面高低發生變化，從而帶動流量傳感器靶手上下擺動，形成傳感器輸出電阻變化，進而轉化成傳感器的輸出電路的變化，所以反映出了流量大小。通過分析不難看出，鉆井液流量大小變化實質上是管內液面高度的變化，而靶式流量傳感器問題之多、壽命之短能不能找個替代傳感器來取代現用的傳感器，通過上面分析，出口流量的變化其實質是出口流量管內液面高度的變化，超聲波體積傳感器就是通過傳感器檢測池內液面高度的變化來實現測量池體積的變化。因此，可以使用超聲波體積傳感器來替代靶式流量傳感器來測量出口流量的變化。

超聲波體積傳感器其測量池體積原理是利用傳感器發射和接受超聲波的時間差來計算鉆井液池液面距離傳感器探頭之間的高度的原理來設計的，進而根據液面高度與池體積的關系來反映出鉆井液池體積的變化來。依據這個原理，使用超聲波體積傳感器來測量出口架空槽內鉆井液液面的高度變化，也就是反應出口流量的大小變化。而且，超聲波傳感器反應靈敏，測量精度高，不易損壞，加之安裝位置靈活，可以選擇在方便維護的位置安裝，這樣極大地降低流量傳感器的維修次數和頻率，大大減輕現場設備操作人員的傳感器維護保養強度，降低流量傳感器成本，提高錄井資料的質量。

三、超聲波體積傳感器安裝與應用

超聲波體積傳感器主要是改造安裝傳感器的固定支架是能否用超聲波體積傳感器替代傳統靶式流量傳感器的關鍵所在。首先要做好安裝前的超聲波支架改造工作。支架焊接需要注意四面的加高鐵板一定要焊垂直，否則會影響使用后的測量效果，一旦焊接不正，很有可能造成傳感器信號不是和液面垂直，而是有一定的角度，這就會造成測量數據波動，甚至跳動，從而出現假的“流量波動信號”，給正確判斷出口流量變化造成不必要的麻煩。所以這一點一定要把握好，確保超聲波流量傳感器信號的質量。再就是開口不能太小，至少20cm*20cm，否則超聲波流量傳感器容易受到四壁的鐵板干擾而造成測量值跳動，給超聲波流量傳感器正常使用帶來很大的麻煩。另外超聲波流量傳感器安裝要求垂直于液面，并與四壁平行，確保超聲波流量傳感器使用不受干擾，其信號只反映液面高度的變化。

為確保超聲波流量傳感器固定支架改造、安裝的標準規范，要求錄井技術人員首先要準備好圖紙，在圖上標注好相關材料的大小尺寸和技術要求，最好采用標準的三維可視圖，把空間尺寸和關系交代清楚，并標上尺寸大小，和技術要求。圖紙要求規范準確，三視圖必須準確。做好圖紙后，要求反復審核，確保無誤后交付井隊施工焊接技術人員準備開始施工。在整個施工過程中，要求錄井技術人員全程協助并監督井隊焊接技術人員，從取材、四塊加高開口的鐵板割取、焊接、以及加高后焊接傳感器固定支架的平面方板，均要為工程提供準確的尺寸和技術標準。并協助鉆井焊接技術人員完成相關工作。確保超聲波流量傳感器安裝支架焊割質量、焊接質量，通過控制安裝質量來控制超聲波流量傳感器工作質量，從而盡量避免超聲波流量傳感器信號干擾，提高超聲波流量傳感器的測量準度。

在超聲波流量傳感器支架改造完成后，首先錄井技術人員進行檢查審核支架焊接的技術標準是否達到了錄井技術要求，如果發現焊接技術標準達不到錄井技術標準，立即請鉆井焊接技術人員重新整改，確保超聲波流量傳感器能夠正常的工作。安裝后，仔細觀察該傳感器工作是否正常，是否有干擾，以及可能存在的需要下次進一步完善的缺陷，并做好相關記錄，詳細記錄各方面的實際檢測數據，為分析改進超聲波傳感器在出口流量參數檢測中作用提供數據方面的詳實改進依據。

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關鍵詞：超聲波測距，RBF網絡，非線行誤差校正

1、引言

超聲波測距具有信息處理簡單、快速和價格低，易于實時控制等許多優勢，它被廣泛的應用在各種距離測試的設備中。但超聲波傳感器在實際應用中也有一定的局限性。在超聲波測距中，由于超聲波傳感器本身的結構和受外界溫度等因素的干擾，其輸入輸出特性呈明顯的非線性，靠硬件或軟件補償修正的方法對提高其測距精度的效果不大。所以，本文提出了基于徑向基函數神經網絡實現超聲波傳感器的建模，對超聲波測距進行溫度補償和非線性誤差校正的方法。

2、用 RBF神經網絡改善超聲波測距的精度

2.1神經網絡實現非線性誤差校正的原理

設超聲波傳感器要測量的實際距離為 d，實際距離d決定t2-t1，環境溫度為T，超聲波傳感器測量輸出的結果為h，經RBF網絡校正后的距離為Dr，則超聲波傳感器測距系統可以表示為 h=f(d，T)，由于傳感器產生的非線性誤差和溫度的影響，使得 f(d，T)呈現非線性特性。校正的目的是根據測的 h求未知的 d，即 d＝g(h，T)，也就是需要建立超聲波傳感器的模型其原理可以表示為圖 1所示。

超聲波傳感器輸出 Dr通過一個補償模型，該模型的特性函數為Dr=g(h，T) ，其中Dr為非線性補償后的輸出， g(h，T)顯然是一個非線性函數。通常非線性函數的表達式很難準確求解，但可以利用神經網絡能很好地逼近非線性函數的特點，通過建立神經網絡模型來逼近該非線性函數。本文選取RBF神經網絡模型。

2.2 RBF 神經網絡

RBF網絡是一種局部逼近網絡。它對于每個輸入輸出數據對 , 只有少量的權值需要進行調整。它采用一組正交歸一化的基函數 ―― 徑向基函數的線性組合來逼近任意函數。

常用徑向基函數有高斯函數、多二次函數、薄板樣條函數等。由于輸入矢量直接映射到隱層空間 , RBF的中心確定后 , 這種非線性映射關系也就確定 ,因此 RBF的學習算法首先要確定徑向基函數的中心 ,本文徑向基函數的中心采用高斯函數（Radbas(n)=e-n2）,其隱含層的輸入輸出模型如圖2。

對于本文的超聲波傳感器逆模型的RBF網絡模型，輸入為h和T，訓練后的實際輸出為Dr，期望輸出為d。超聲波傳感器非線性校正逆模型采用RBF網絡，輸入層2個節點，輸出層1個節點，擴展系數為0.5（實驗結果表明擴展常數為 0.5 時對應隱含層神經元個數適中，故擴展常數選為 0.5），通過測量獲取了50組數據集作訓練樣本，將輸入量作歸一化處理后，按照上述的RBF神經網絡的學習方法學習。神經網絡的訓練和仿真是在Matlab 6.5環境下，通過神經網絡工具箱，編制相應的程序而實現。

在matlab上應用 RBF神經網絡進行仿真溫度補償和非線性誤差校正后，系統的測距精度大大提高，表 1所示為未經神經網絡處理和神經網絡處理后的測距比較。

比較結果表明，神經網絡處理后的結果與實際距離很接近，精度大大提高了。

3、結束語

實際應用中，超聲波測距易受溫度等多種因素的影響，利用RBF神經網絡良好的非線性逼近特性、自適應能力學習能力，可優化超聲波的輸出特性，而且網絡結構簡單，便于單片機實現或固化在硬件中。仿真結果表明，利用RBF 神經網絡能很好地逼近非線性函數，實現了超聲波傳感器建模，對傳感器進行非線性誤差校正，效果相當明顯，大大提高了超聲波測距的精度，使其測距誤差控制在毫米級以內，這是采用其它校正方法是無法達到的。

參考文獻：

[1]譚超，許澤宏，李維一，付小紅，王健．基于小波神經網絡建立虛擬儀器非線性較正型[J]．微計算機信息，2005．12（1）P157-159．

[2]田社平．基于神經網絡模型的傳感器非線性校正．（英文） 光學精密工程．2006

[3]Binchini M，Frasconi P，Gori M. Learning without local minima in radial basis function networks.IEEE Trans. on Neural Networks, 1995，6(3)：749～755）

[4] Xianzhong Dai， Ming Yin， Qin Wang． Artificial neural networks inversion based dynamic compensator of sensor.IEEE，2004，10：258－261

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眾所周知，村田的核心技術是金屬陶瓷，產品主要分為六類：介電陶瓷、半導體陶瓷、熱電陶瓷、絕緣陶瓷、壓電陶瓷和磁性陶瓷。在汽車電子上應用于超聲波傳感器、沖擊傳感器、陀螺儀傳感器、旋轉位置傳感器、振動傳感器、溫度傳感器等。由于是陶瓷燒制而成，村田傳感器的特點是小型、結構簡單、堅固耐用、價格低廉。

TPMS

利用村田的沖擊傳感器制作的TPMS(胎壓監測系統)可延長電池的使用壽命。由于TPMS靠電池來驅動，需要使用時間長，村田的沖擊傳感器方案使汽車停止時系統處于睡眠狀態。

倒車雷達

主要是超聲波傳感器在倒車雷達上的應用。汽車的前部和后部通常安裝了多個超聲波傳感器。普通傳感器探測的水平和垂直方向角度是一樣的，其缺陷是若發射角度在垂直方向太大的話，先接收到這些垂直信號時，會造成錯誤的報警信號，例如碰到地面上一塊小石頭就會影響停車；村田傳感器在垂直方向角度小，在水平方向角度大，這樣能夠提高檢測的精度和準確性。村田還有一種在汽車側面安裝的超聲波傳感器，幫助駕駛員檢測側面的空位能否停車，主要用于路邊停車。

監測傳感器根據檢測的距離不同，分成幾種技術(如圖)：1，毫米波(MMW)雷達，主要針對前方近距離的高精度檢測。該系統的缺點是價格比較昂貴，離人們使用還需要一段時間。2，在75米左右距離檢測可以使用紅外(IR)傳感器，其成本較低。不足之處是如果碰到雨霧等障礙時，精度會突然變得很差。3，最近也有使用攝像頭、視頻(video)技術來對周圍情況檢測的方案，這也可以用于倒車輔助系統，但觀者沒有空間感，自己處在什么位置不能做出很好的判斷。4，所以對短距離的測距，使用超聲波傳感器(US)是比較容易接受的，采用聲音信號來報警較容易，并且成本上超聲波傳感器更加經濟有效。

導航系統

角度加速度傳感器通常稱為陀螺儀傳感器。在汽車導航系統里最重要的是讓自己的汽車和電子地圖的位置要保持吻合，如果單純利用GPS信號，汽車行駛到隧道或者建筑物等屏蔽區時，接受不到GPS信號，系統就不能工作了；這時可以通過轉彎和行駛的速度找到準確的位置，使地圖和行駛位置保證吻合，以消除信息的盲區。

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關鍵詞：航空發動機；葉尖間隙；檢測技術

中圖分類號：V21 文獻標識碼：A

1 微波法

2 超聲波法

超聲波傳感器測量法是即時葉尖間隙測量的最佳選擇。該方法有很多優點：它適應于金屬和非金屬葉片；允許非接觸測量；能在惡劣環境下工作；安裝便捷；它屬于數字測量，適用于先進的數字控制系統。超聲波傳感器能夠生成兆赫茲超聲波，能在高溫條件下工作，包括一個大功率脈沖發生器/接收器和一個高速數據處理系統，因此超聲波傳感器能夠實現即時間隙測量。

超聲波傳感器的操作原理非常簡單，如圖3所示：被傳感器激勵的超聲波通過葉尖間隙并在葉尖被反射回來，反射回來的聲波被傳感器探測到。

4 激光法

激光光學測量法的特點是：不受轉子葉片本身材料的限制，各種轉子葉片都可測量，適用于精度高、頻響快、高溫渦輪葉尖間隙測量；能在惡劣的環境下工作，適用于靜態和動態的實時檢測；成本低、光纖探頭體積較小、易安裝等。但由于端面窄小，同時炭黑、油垢、灰塵等污損光學系統和葉尖反射面等原因，光學鏡頭易污染，導致精度下降，測量壽命縮短；它適宜用于試驗機中的測量而不宜于長期運轉的實際燃氣輪機，宜測葉尖最大間隙值而不宜于單個葉尖間隙值或平均值。因此，激光光學測量法的主要技術工作是設法解決反射光量減小的問題。此外，由于運轉時的高溫、高壓和振動，應對光學系統和儀器采取保護措施，這對防止儀器破壞和測量精度下降頗有意義。

結語

為了推動發動機測試技術的發展，美國和歐洲一方面組建由政府、軍方和工業部門構成的聯合研究團隊，設立有專門的發動機測試技術科研計劃，針對發動機測試技術中的共同難點，進行有序地投資；另一方面，隨著IHPTET、VAATE 計劃的實施，針對兩項計劃所亟需的測試技術，通過小企業創新計劃等途徑進行有重點地投資，有選擇地推動測試技術的發展；再次，在實際發動機型號中開展大量的試驗驗證，推動測試技術的成熟，最終促使傳感器和測試儀器產品從實驗室走向工程化和產業化。這些發展策略是值得國內借鑒和大力推廣的有效途徑。

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關鍵詞：AT89S51單片機 SRF08模塊 超聲波 測距儀

中圖分類號：TP274.53 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）02-0165-02

隨著社會的不斷進步，汽車逐步進入到普通家庭，汽車中的各種電子設備越來越方便化和人性化，這其中倒車雷達是保證汽車安全性能的一個重要電子模塊?，F在市場上所使用的倒車雷達其實就是一種常見的超聲波測距儀，駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在單片機的控制下，有裝在車尾的超聲波探頭發射超聲波，當遇到車后有障礙物時，產生回波信號，超聲波接收頭接收到回波信號后經過單片機進行數據處理，通過計算時間差就可以測量出兩者之間相隔的距離。同時，還可以通過顯示模塊或發聲模塊向外輸出信號，提示駕駛者后方障礙物的距離，使其對倒車動作有個預先判斷。由此可以看出超聲波測距是當前非常流行的一種非接觸式的測距方式，其測距方式不易受外界影響，更適宜在有強電磁波、灰塵或煙霧的環境中進行測量，而且對于一些透明的物體更有其優越性。相比于激光測距和微波測距，超聲波的測量精度不是很精密，但其硬件電路容易實現，結構簡單，造價低廉，在一些倒車雷達，流量測量，液面監控，物體變形檢測等方面還是有廣泛的應用。

1 系統設計要求和設計思路

本系統設計采用AT89S51單片機作為核心控制芯片，使用SRF08型超聲波測距模塊對障礙物位置進行檢測。當檢測到障礙物距離超聲波模塊小于5米時，系統指示燈亮起，并發出單次提示音；當障礙物繼續靠近，距離超聲波模塊小于3米時，系統的蜂鳴器開始發出間隔不同的連續報警音，距離越近報警音的間隔越小，直到報警音成為長音報警聲。在發出報警聲的同時，通過液晶顯示器顯示當前的距離，方便使用者有一個量化的數據。

1.1 超聲波測距技術介紹

超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的聲波，由于其振動的頻率非常高，超過了人耳聽覺的頻率范圍，因此人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性，利用超聲波的這些特性以及與物體作用產生的各種效用而設計的傳感器叫做超聲波傳感器，由于其檢測方便、迅速，計算方法簡單且精度較高，所以經常在使用在距離測量方面。

超聲波傳感器根據原理不同可以分為壓電式、電磁式和磁致伸縮式等。其中，壓電式超聲波傳感器使用最為常見，它是根據壓電效應的原理制作而成，既可以作為發射器也可以作為接收器使用。壓電式超聲波傳感器是由壓電晶片、吸收塊、保護膜、引線等組成。當作為發射器時，給傳感器兩級加上一個頻率等于壓電晶片固有振蕩頻率的脈沖信號時，壓電晶片將會發生振動，繼而向外發出超聲波；當作為接收器時，傳感器兩級不加電壓，當其接收到超聲波時，壓電晶片隨之振動，并將機械能轉換為電信號。超聲波模塊測距原理是根據發出超聲波后到檢測到回波信號的時間t來計算傳感器和障礙物的距離，由于已知聲波的速度，其計算公式如下：距離=340*t/2。

1.2 SRF08型超聲波測距模塊簡介

SRF08型超聲波測距模塊采用I2C總線接口設計，可以與多種單片機配合使用，其使用方便，操作方法完全按照I2C總線協議來處理。SRF08型超聲波測距模塊的工作特性如下：工作電壓為+5V；工作電流最大為50mA，典型值為30mA；工作頻率為40KHz，距離范圍為3cm―6m；探測半徑大于2m時，敏感度為3cm；當輸入10us的TTL脈沖信號時，將產生超聲波信號；回波脈沖也是TTL電平信號；可以設置為人工神經網絡模式。由兩個超聲波探頭和基礎板組成，其中引出5個引腳與外界通信與控制，這5個引腳分別是VCC，SDA，SCL，NC，GND。SRF08型超聲波測距模塊可以設置為測距模式和ANN模式兩種工作模式，本文主要介紹測距模式。在測距模式下，每向命令寄存器寫入一次命令就會啟動一次測距，同時清除回波記錄緩沖區中的數據，測量得到的結果按照順序以2個字節為單位依次存入寄存器中。如果要修改SRF08型超聲波測距模塊地址，則需要向I2C總線上的地址依次寫入0xA0，0xA5，0xAA，之后再寫入修改地址。

2 硬件電路設計

超聲波測距儀的硬件設計主要是以AT89S51單片機為核心，并配有復位電路和時鐘電路，主要電路模塊包括：測距模塊，顯示模塊，按鍵模塊，發聲模塊。由于SRF08型超聲波測距模塊采用I2C總線協議，與單片機通信只需要SDA和SCL兩根通信線，硬件連接相對比較簡單。顯示模塊采用LCD液晶顯示，P0口連接8根數據引腳，P2口的三根引腳連接控制引腳，其它外部設備例如蜂鳴器、LED指示燈、按鍵等通過三極管或電阻直接與單片機IO引腳連接即可。硬件原理圖如圖1所示。

3 軟件程序設計

本系統的單片機內部程序主要是實現從SRF08型超聲波測距模塊中讀取距離信息，之后進入到單片機內部處理，并通過LCD顯示出來，這當中還與程序中的設定值進行比較，控制指示燈和蜂鳴器發出光信號和聲音報警。整個程序分為主程序，超聲波測距子程序，顯示子程序，延時函數等。主程序流程圖如圖2所示。

4 結語

本文給出了一種采用SRF08型超聲波測距模塊設計并制作超聲波測距儀的方法。利用測距模塊測量距離并通過I2C總線協議輸出距離信息，這種集成模塊的使用符合現今電子產品設計的主流，具有硬件設計簡單，軟件設計實現容易等特點，具有一定的推廣價值。對于后期的功能擴展，可以增加存儲功能和語音播報功能，使超聲波測距儀的功能更加完善。

參考文獻

[1]明鑫.基于單片機的超聲波傳感器設計[J].科技信息，2014（1）：77，78.

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關鍵詞：云臺 超聲波測距 姿態解算

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0174-01

定高飛行是無人機基本飛行模式之一，許多任務都基于此飛行模式基礎上完成的。傳統方法中超聲波測距模塊垂直固定于無人機底部，無人機在進行俯仰或橫滾運動時，當偏轉角度增加到一定程度，會導致測量值產生偏差，甚至會出現無效值。本文采用機載兩軸云臺設計，使得超聲波測距模塊在無人機飛行過程中始終保持與地面垂直，從而大大提高了其高度測量精度，增強了無人機定高飛行的穩定性。

1 系統結構

整個系統由主控制器、超聲波測距模塊、姿態反饋模塊、執行機構四部分組成，系統組成圖如圖1所示。其中主控制器采用的是意法半導體公司的STM32系列芯片；超聲波測距模塊采用超聲波傳感器進行測距，并將其固定于兩軸云臺的正下方并保持其探頭垂直向下，以便對對地高度進行測量；姿態反饋元件采用的是MPU6050；執行元件采用的是L6234電機驅動器和無刷電機組成的執行機構，無人機云臺可由俯仰軸控制電機和橫滾軸控制電機分別控制云臺的俯仰和橫滾動作；本系統采用3DR數傳模塊（433MHz）與地面站之間進行數據通信。

2 功能模塊

2.1 超聲波測距

超聲波傳感器發射端在空氣中發出速度為的超聲波，當其遇到被測物體時會被反射，并由超聲波傳感器接收端接收。當溫度變化不大時默認聲速基本不變。超聲波測距的原理是測量發射超聲波和接收到返回超聲波的時間差，并由時間差計算出發射地點到被測物體之間的實際距離，具體測距公式表示為：

式中為所測距離的長度；為超聲波在空氣中的傳播速度；為發射超聲波和接收到返回超聲波的時間差的一半。

2.2 姿態測量與解算

陀螺儀是一種基于角動量守恒理論的角速度傳感器。加速度計是測量運載體線加速度的儀表。MPU6050包含三軸MEMS加速度計、三軸MEMS陀螺和一個可擴展的數字運動處理器DMP。本系統采用MPU6050來測量無人機飛行過程中超聲波傳感器發射端與地面的夾角。

陀螺儀具有實時反饋角速度精度較高、動態響應好等優點，但通過積分容易產生誤差累積。加速度計用于姿態估計，不會產生誤差積累，但其動態響應較慢。利用二者頻率上的互補特性，采用互補濾波算法對二者進行數據融合，可以將各個傳感器得到的數據充分應用。

2.3 云臺控制

當檢測到當前超聲波測距模塊固定框的姿態角后，可將其與期望姿態角進行比較，若有擾動力矩的作用使得姿態角大于預設的角度時，就會通過PID控制器運算輸出PWM信號，利用基于L6234電機驅動器分別驅動俯仰軸和橫滾軸的無刷電機逐步并精確地增加或減小轉子力矩，從而在各電機軸輸出反力矩，以補償外界擾動力矩，使得無人機在俯仰或橫滾狀態時超聲波測距模塊始終垂直于地面，從而確保超聲波測距模塊獲得精確的高度測量數據。

由于對系統的PID控制參數調整較為繁瑣，必須結束飛行后在地面上才能調整參數，因此選用3DR數傳模塊（433MHz）與地面控制平臺進行遠程通信，從而使得無人機在其飛行過程中可實時調整各軸的控制參數及其定高高度，節約了調試時間。

3 結語

本文設計了一種含有超聲波測距模塊的小型無人機兩軸云臺，研究了利用互補濾波算法將陀螺儀和加速度計的數據進行融合解算的方法。并采用PID算法來對云臺的姿態進行控制。使得超聲波測距模塊在無人機飛行過程中始終保持與地面垂直，從而提高了其高度測量精度，增強了無人機定高飛行的穩定性。

參考文獻

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[3]曾偉.基于DSP的四旋翼無人機驅動器的控制研究[D].天津大學，2012.

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鉆井是石油及天然氣開采的重要環節，為了保證高效、安全地鉆井，防止井漏和井噴，需要在鉆井過程中采用具有一定粘結性能的泥漿作為鉆井液。它是由多種原料根據井下的地質情況按適當的比例配制制成的，其費用約占整個鉆井成本的三分之一。由于井下地層結構的復雜性，常常遇到裂縫和有孔隙的地層，造成泥漿漏失，這不僅嚴重影響鉆井作業的進行，千萬經濟上不必要的損失，而且泥漿是一種有害物質，漏失后會對地下水資源和地層造成污染，危及子孫后代的生存環境。

發生泥漿漏失現象后，最為重要的是盡可能準確地找出漏失位置，以便調整漏漿成份和顆粒度，堵塞地層裂縫和其它漏源。歷史上采用過的方法主要有兩種：一種是用溫度傳感器監測井下不同深度處的溫度變化情況。由于受溫度傳播的不實時性和漏失量較小時溫度變化不明顯等因素的影響，這種方法不能準確地測定泥漿漏失位置。另一種是采用流量計直接測量流速的變化，以此確定泥漿的漏失位置。但由于受測量環境本身的制約，所使用的流量計中含有轉子等可動部件，而可動部件極易受到鉆井中沙粒的影響而造成測量的不可靠或失敗。

本論文所述的超聲波鉆井液測漏儀的主要是：（1）采用了超聲波傳感器，不存在機械可動部件；（2）具有很好的實時性；（3）采用兩只性能相同的超聲波傳感器對發、對收，不象壓力傳感器那樣存在直接測量的敏感面；（4）采用了TMS320VC33浮點數字信號處理器，提高了測量精度。

1 測量原理

1.1 測漏儀的結構與安裝方式

超聲波鉆井液測漏儀的結構和安裝方式如圖1所示。測量電路安裝在上、下套筒組成的空腔內，兩只超聲波 傳感器分別安裝在上、下套筒的端面上，泥漿經鉆桿中心孔進入井下后再經鉆桿外壁與井壁構成的環形空間返回到地面。

1.2 超聲波傳感器的研制

由圖1可見，傳感器軸線與鉆桿外壁之間的距離是十分有限的，為了保證超聲波傳感器發出的信號能夠通過泥漿直接進入接收傳感器，需要控制超聲波傳感器的中心角。設兩只傳感器的距離為L，傳感器軸線距井軸的距離為D，鉆桿直徑為d，則應使中心角θ滿足：

θ=tg -1[(2D-d)/2L]

實際結構允許的θ為2.95°，這對一般的超聲波傳感器說是一個比較嚴格的指標，另外，由于井下的溫度可高達150℃，壓力為100Mpa，因此研制了專門的超聲波傳感器，其工作頻率為600kHz。

1.3 測量原理

兩只傳感器交替地發送和接收超聲波信號，把靠近地面的一只記作B，靠近井下的一只記作A，則A發送、B接收所用的時間為：

tAB=L/(C+V) (1)

同理，B發送、A接收所用的時間為：

tBA=L/(C-V) (2)

由以上兩式可得：

Δt=tBA-tAB=(2LV)/(C 2-V 2) (3)

其中，C為超聲波在泥漿中的傳播速度，V為泥漿流速。

由于C>>V，所以C2-V2≈C2，因此有：

V=ΔtC2/2L (4)

可見，只要測出時間差Δt，就可以求出泥漿流速，從而推斷井下漏失情況。漏層位置是通過時間與深度的換算關系確定的，地面計算機與井下測量電路在同一時刻開始計時，由于地面可以方便地掌握儀器的下井深度，而井下儀器又可記錄任意時間點的泥漿流速，當僅器提升到地面后，將記錄的數據回放到計算機，就可知道位置深度處的流速。

圖2

2 DSP的應用

2.1 測漏儀電路結構

測漏儀電路結構如圖2所示。圖中IC1是DSP芯片，這里采用TI公司的TMS320VC33浮點數字信號處理器，它是整個測量電路的核心，其指令周期為17ns，字長為32位，擴展精度為40位，內部存儲器容量為34K×32bit，可尋址空間為16M，具有一個32位的串口、一個DMA通道、兩個定時器、兩個外部中斷源；芯片的供電電壓為3.3V，內核供電電壓為1.8V，由IC5提供。由于芯片的運行速度很高，為了防止外部振蕩電路的過高頻率引起射頻干擾，對外接振蕩器采用了內部倍頻技術。

2．2 接口技術

圖2中的IC2為DS1251存儲器，它是一種非易失性的存儲器，其輸出電壓高電平為5V。但TMS320VC33的I/O電平為3.3V，不能承受高電平為5V的TTL信號。為了使TMS320VC33與DS1251能夠交換數據，電路中采用IC3（74LVC164244）實現3.3V與5V電平的轉換。該芯片同時具有3.3V和5V兩種供電電源，與DSP相連的I/O腳電平為3.3V，與存儲器相連的I/O腳電平為5V。

2.3 引導

引導（Boot Loader）是將在存儲在外部程序存儲器中的程序代碼一次性地全部加載到DSP芯片內部的高速存儲器中，以實現程序指令的高速運行。TMS320VC33有四種引導方式，其中前三種方式是從外部存儲器引導，第四種方式是從串行口引導。它們都是通過將四個外部中斷引腳INT0～INT3中的某一個設置為低電平而實現的。本文采用表1中所示的第二種引導方式，即DSP從400000H開始引導程序。

將用戶程序加載到DSP的片內高速RAM是由DSP的片內ROM的駐機程序（出廠時已設置）完成的。上電后，DSP的復位引腳由“0”變為“1”，同時在電路連接上保證引腳MCBL/MP="1"，固化在片內的引導程序查詢INT0～INT3中的哪一個為低，并按表1所示的中斷腳與地址的對應關系進行引導。

表1 引導方式

方式INT0  INT1  INT2  INT3說  明首地址1 0     1     1     1外部存儲器1000H2 1     0     1     1外部存儲器400000H3 1     1     0     1外部存儲器FFF000H4 1     1     1     0串口　被引導的用戶程序必須事先經過匯編、連接，以生成DSP能夠認識的機器代碼。在生成的程序代碼前還必須加入一個引導頭。引導頭的具體結構見參考文件，其作用是：

（1）實現字長為32位的DSP與8位、16位或32位外部程序存儲器的接口。

（2）實現高速DSP與低速ROM的接口。

（3）實現用戶程序與DSP與內存儲空間的匹配。

2．4 數據處理

采用TMS320VC33的定時器1每隔100ms發送一串數目固定的脈沖型激勵信號，該激勵信號經放大和驅動后再經DSP控制交替地施加到兩只超聲波傳感器上。當一只傳感器處于發送狀態時，另一只就處于接收狀態，即每只傳感器每隔200ms完成一次收和發。接收到的超聲波信號又經過放大和整形后送入DSP的INT0引腳，同時利用TMS320VC33的定時器2檢測從發送到接收所用的時間，進而根據（3）式計算出發和對收的時間差，再由（4）式通過浮點運算計算出泥漿流速，并將結果存儲在DS1251中。在存儲數據的同時，利用DS1251片內的時鐘，將該數據所對應的時間也一并存儲在數據區內。這就為地面將流速與深度對應起來提供了基礎，因為在井下通過DS1251計時的同時，地面也有一套與之同步的計時器對時間與深度進行了相應的記錄。

    DSP的定時間隔設置為兩倍的指令周期，即：

T=2×Tp=34ns (5)

對tAB和tBA計時的誤差為：

ΔT=±Tp/2=±17ns (6)

由此引起的泥漿流速誤差為：

ΔV=ΔTC2/L （7）

取C=1560m/s、L=10m，則ΔV=4.14mm/s，由此可見其測量誤差比現有的測量方法降低了幾十倍。

3 數據回放與試驗

篇9

[關鍵詞] LPC2114 交通燈管理ucLinux

一、引言

在城市交通中，交通燈信號是管理交通網絡的最重要元素。本文設計了一種新型智能交通燈管理模塊，該模塊主要使用超聲波傳感器檢測各車道流量，并保存記錄。分析近段時間內的車流量記錄和預設命令，根據不同情況增加或減少紅綠燈時間。該模塊采用ARM7處理器LPC2124和ucLinux操作系統作為核心控制單元。

二、系統實現

1.模塊硬件實現

如圖1所示，本文設計的模塊是完整智能交通燈管理系統的一部分，主要包括處理器、超聲波傳感器組及遠程通訊單元。

（1）處理器。采用飛利浦公司的LPC2124處理器。選擇該芯片的主要原因是基于uClinux操作系統的要求及與其他模塊配合使用的要求。

LPC2124是一款采用ARM7TDMI-S內核的微控制器。ARM(Advanced RISC Machines)是微處理器行業的一家知名企業,設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器，適用于多種領域。ARM7TDMI使用ARM架構體系中較低端的處理器核,也是世界上廣泛使用的32位嵌入式RISC處理器。

圖1 系統組成框圖

（2）超聲波傳感器組。采用超聲波傳感器測量通過交通燈的時間。按照實際需要在每個行車道上方交通燈處安裝一臺傳感器并與LPC2124處理器的GPIO相連。連接后需要在LPC2124處理器設置相應針腳為輸入GPIO，并且為每個傳感器配置中斷向量。

（3）遠程通訊。遠程通訊單元使用GPRS網絡接收遠程指揮中心命令并且將測量值和報警信號發送給指揮中心。選擇GPRS的原因在于：GPRS已是較成熟的無線通訊技術，可以節省大量布線、安裝時間，并且能夠滿通燈管理系統的通訊需要。

GPRS網絡維護方便，使用費用較低。2.軟件實現

(1)uClinux嵌入式操作系統簡介。uClinux從Linux2.02.4內核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。uClinux是一個完全符合GUN/GPL(GNU Public License)公約的操作系統，完全開放代碼。運行uClinux操作系統的用戶可以使用幾乎所有的LinuxAPI函數，不會因為沒有MMU而受到影響。由于uClinux在標準的Linux基礎上進行了適當的裁減和優化，形成了一個高度優化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，uClinux仍然保留了Linux的大多數的優點：穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、完備的對各種文件系統的支持，以及標準豐富的API等。

基于以上論述，本文的設計采用uClinux作為整個管理系統節點的操作系統。所有的軟件開發將在交叉編譯環境下進行。

(2)主要程序模塊。①初始化過程主要包括以下任務：硬件初始化，主要包括設置超聲波傳感器組使用的GPIO口；設置信號燈控制單元GPIO口的；設置各超聲波傳感器的中斷優先級；設置計數器；進行其它功能模塊硬件初始化。

②數據初始化，主要包括設置各方向時間值；設置其它功能模塊所需預定值。

③設置交通燈時間值的過程主要是將各路口和各方向時間值傳送給信號控制模塊。

④在用戶模式下執行正常程序的主要功能為：根據時間值設置計數器，通過信號燈控制模塊配置交通燈；與此同時程序相應各傳感器中斷記錄每次中斷時記錄的車輛通行時間和數量；執行其它模塊功能。

⑤在一次交通燈管理周期執行完畢后，程序首先按照預定時間值執行另一個交通燈管理周期。

三、結論

本文提出的交通燈智能控制系統突破了傳統的紅綠燈固定配時模式，采用ARM嵌入式平臺開發，集合嵌入式操作系統uClinux，可以與其他先進的模塊配合使用，具有一定的應用價值。

參考文獻：

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[3]鄒思軼．嵌入式設計與應用．北京：清華大學出版社，2002.108-110.

篇10

【關鍵詞】車輛檢測 超聲波傳感器 單片機 交通燈

隨著我國現代化進程的不斷加快，城市規模不斷擴大，龐大的汽車保有量造成的交通擁堵和混亂已經成為影響我國社會經濟發展的一個重要問題。路通燈控制系統在時間上給交通流分配通行權，是保證城市交通秩序的關鍵。而我國目前采用交通燈控制系統大多紅綠燈轉換時間固定，這種缺乏靈活性的時間設置經常造成道路擁堵，通行效率嚴重降低。因此智能交通燈控制系統的研究就顯得尤為重要。

本文提出的智能交通燈控制系統能夠依據道路車流量變化情況靈活配置通行時間，從而有效地緩解十字路口的車輛擁堵現象，實現通行權地最優控制。智能交通燈控制系統的提出與應用，能夠更加方便人們的出行，更好地服務于人們的生活，更是為了盡可能的處理由于不確定因素造成的復雜的道路交通狀況，更加智能化地解決問題。

1 系統總體設計

本智能交通燈控制系統由單片機系統、超聲波發射/接收器、紅綠燈和倒計時顯示模塊組成。該系統不僅具有常規的倒計時顯示功能，還具有車流量檢測和通行時間調整功能。系統具體組成框圖如圖1所示。

系統在東西南北四個方向上分別架設兩個超聲波傳感器，來檢測當前道路的車流量。每個方向架設的兩個傳感器間隔一定的距離。當超聲波傳感器檢測到車輛時，輸出低電平。單片機通過對每個方向傳感器輸出電平來判定該方向的車流量情況。

南北向通行時間由南向車道與北向車道傳感器采集到的數據共同決定，經單片機處理后便可根據車流量實時分配通行時間。東西向通行時間的分配也是如此。

2 硬件設計

2.1 STC89C52單片機

STC89C52單片機是一種低功耗、高性能CMOS8位微處理器，實際工作頻率可達48MHZ。片上資源包括512Byte RAM，8K字節Flash，32個通用I/O端口，3個16位定時器/計數器，通用異步串行口（UART）。STC89C52具有ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程）技術。

2.2 傳感器

2.2.1 傳感器的選擇

方案一：感應線圈

感應線圈車輛檢測器是一種基于電磁感應原理的車輛傳感器，它的傳感器是一個埋在路面下，通有一定工作電流的環形線圈。當車輛通過環形地埋線圈或停在環形地埋線圈的上方時，由于互感作用，在以鐵制為材料的車上產生渦流，使得環形線圈的電感量變小。車輛檢測器通過檢測該線圈的電感量來檢測出車輛的存在。

優點：感應線圈測量精度好，性能穩定，不受天氣的影響。缺點：由于感應線圈鋪設在地下，工程量較大，成本高，破壞路面的完整性。

方案二：視頻檢測

基于視頻的交通流量檢測系統，一般采用視頻方式得到實時交通圖像序列，再經過分析處理以獲得各種交通參數。通過對圖像的分析即可判定車輛的存在。

優點：安裝方便，不破壞路面，檢測精度高，同時穩定度高，故障率低。缺點：惡劣天氣能見度低、夜晚光線較差時，嚴重影響視頻檢測的正確率。

方案三：超聲波檢測

超聲波發射器發射出超聲波時開始計時，接收器接收到回波后結束計時。這段時間差乘以聲速即為所測距離的兩倍。通過與預先設定的閾值比較，即可判定車輛的存在。

優點：體積小，重量輕，鋪設方便，適用于短距離測量。缺點：方向性差，精度低。

總結：從工程角度考慮，方案一感應線圈埋設造價高，對路面影響大；方案二視頻檢測在能見度較低和光線較差時，視頻對車輛存在的檢測辨識度不高。因此選擇超聲波傳感器，造價低且易于架設。

2.2.2 傳感器的架設

如圖2所示，超聲波傳感器分別架設在東南西北四個車道上，每個方向設置2個。

2.2.3 檢測思路

超聲波模塊將檢測數據送入單片機處理，若距離小于所設置的閾值，即可判斷車輛的存在。當檢測到車輛時，輸出低電平。

系統啟動后，整個系統全部初始化（東西方向綠燈時間10s，黃燈時間5s，南北方向紅燈時間15s）。當東西方向為黃燈時，單片機系統開始循環檢測南北向的傳感器，并將傳感器s1數據與s3數據作“與”運算，s2數據與s4數據作“與”預算。

當結果為“11”時，南北方向無車；結果為“01”時，南北方向少車；結果為“00”時，南北方向多車，分配綠燈時間分別為10s，20s，30s。南北向車流量狀態與綠燈時間如表1所示（1為高電平，0為低電平）。

當南北方向為黃燈時，工作流程與東西方向黃燈時相同。

2.3 顯示部分

顯示部分由紅綠燈顯示模塊與倒計時顯示模塊兩個部分。紅綠燈顯示使用LED燈組，單片機P1.0-P1.5端口控制燈組的亮滅。由于單片機I/O端口無法驅動燈組，所以使用ULN2803達林頓陣列作為功率驅動，增加控制信號的驅動能力。

倒計時顯示模塊使用兩位八段共陰數碼管，兩位八段數碼管可以顯示的時間為0―99s，可以滿足系統最長35s的時間顯示要求。單片機P2.0-P2.5端口控制南北東西方向的紅綠黃燈顯示。P2.6-P2.7端口則是數碼管個位和十位位選信號。當位選信號為低電平時，表示選中該數碼管。

3 軟件設計

在keil uvision4環境下編譯并調試程序，包括主程序、初始化程序，傳感器檢測程序、數碼管與LED燈組顯示程序、中斷服務子程序。主程序根據車流量對南北東西方向紅綠燈時間進行分配以及數碼管的顯示。初始化程序在系統啟動時對各個寄存器值進行設置。傳感器檢測程序主要是對每個車道車流量的判斷，在道路黃燈時傳感器進行數據采集。中斷服務子程序包括定時器中斷與串行口中斷。程序流程圖如圖3。

主程序的關鍵在于對東西南北方向車流量的判斷，從而分配通行時間，這也是智能交通控制系統的核心所在。下面給出東西向車流量判斷程序：

while（1） //南北向停，東西向行

{

sensor=P3；

switch（sensor&0x03）// 讀取東西向傳感器數據

{

case 0x03： //無感應時

ii=15； //此時東西向為無車狀態，綠燈時間15s

break；

case 0x01： //第一個傳感器感應

ii=25； //此時東西向為少車狀態，綠燈時間25s

break；

case 0x00： //第一第二個傳感器同時感應

ii=35； //此時東西向為多車狀態，綠燈時間35s

break；

default： //其它

ii=15；

break；

}

4 改進方向

本文提出的基于單片機的智能交通燈控制系統在檢測誤差和精度上有許多不足，后期可做如下改進：

（1）超聲波在空氣中隨著傳播距離的增大，能量逐漸衰減，當檢測較遠距離時會出現很大的誤差。故可通過提高超聲波模塊的發射功率來增加可靠的檢測距離，從而減小由于能量衰減造成的檢測誤差。

（2）超聲波受溫度的影響會導致傳播速度的變化，這會降低測試的精確度。而在本系統中并未增加相應的修正措施。后期可以通過增加溫度傳感器來實時檢測溫度的變化，并對聲速進行修正，提高系統的精確度。

5 結語

在城市化進程中，與日俱增的車輛數目給城市的交通帶來的巨大的挑戰。目前我國交通燈系統大多時間固定，不能根據路口車輛的滯留的情況靈活地改變各方向道路的通行時間，給人們的出行和生活帶來的極大的不便，這已經成為影響我國社會經濟發展的一個重要的問題。因此如何改善城市交通，突破傳統交通燈控制系統成為當下一個熱門的研究方向。智能交通燈的思想也就應運而生。

本文提出的基于單片機的智能交通燈控制系統穩定性高，這對于交通控制至關重要。與此同時傳感器架設方便，不需破壞路面，成本較低，實用性較高。智能交通燈系統能夠改善道路通行狀況，靈活地紅綠燈時間分配能夠較好地解決十字路通堵塞問題，提高了通行效率，在城市交通控制系統中會有很好的應用前景。

參考文獻

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作者簡介

陸海全（1994-），男，江蘇省漣水縣人?，F為揚州大學信息工程學院大學本科在讀學生。研究方向為通信工程。