传感器应用（第2版） 课件 6-6 项目实训：HC-SR04超声波测距仪

6.6项目实训：超声波测距仪一项目名称二实训目标三实训内容及器材四实训步骤本章小结6.6项目实训：超声波测距仪一项目名称HC-SR04超声波测距仪。二实训目标1.熟练掌握超声波传感器的组成结构、工作原理及其典型应用。2.通过阅读产品《HC-SR04用户手册》，学会使用超声波测距模块。3.掌握传感器模块的功能启动、控制、数据获取与参数计算。4.掌握传感器的测量数据标定与校准方法及过程。5.了解智能电子产品的软硬件检测、调试过程及方法。6.6项目实训：超声波测距仪三实训内容及器材1.实训内容随着信息处理技术的迅猛发展，新的超声波传感器应用领域正在与日俱增。如在筑路、养路机械行业的应用，在变频自动扶梯的应用，用于饮料灌装线饮料瓶液面高度检测，防盗报警系统、自动门启闭装置、汽车倒车传感器等等。现要求用一款成熟的低成本的产品：超声波测距模块HC-SR04制作一个测距仪，测量范围为0.1m～4.0m，分辨力为1cm，要求在液晶屏上显示测量值。汽车倒车传感器6.6项目实训：超声波测距仪三实训内容及器材2.阅读产品《HC-SR04用户手册》（1）产品特色典型工作用电压：5V。超小静态工作电流：小于2mA。感应角度：不大于15度。探测距离：2cm～400cm高精度：可达0.3cm。盲区2cm，超近。完全谦容GH-311防盗模块。（2）产品实物图片6.6项目实训：超声波测距仪三实训内容及器材2.阅读产品《HC-SR04用户手册》（3）接口定义：VCC——接+5V电源，Trig——触发控制信号输入端，Echo——超声波接收信号响应端，GND——接地端6.6项目实训：超声波测距仪（4）使用方法控制器向Trig控制端发送10μs以上的TTL高电平信号，模块内部将自动发出8个40kHz的脉冲方波以驱动超声波发射器，随后设定回波信号为高电平，控制器检测到回波信号为高电平开始计时，并在检测到回波信号为低电平时停止计时；当超声波接收器检测到反射信号时，就将回波信号设定为低电平，当控制器检测到回波信号为低电平时就可以读定时器的值，回波信号的脉冲宽度时间t与所测目标物的距离S成正比，计算可得：

（cm）

（inch）

（m）通过重复的周期测量，就可以得到移动目标的距离和速度。建议：测量周期应在60ms以上，以防止发射信号对回波信号的影响。6.6项目实训：超声波测距仪HC-SR04超声波测距模块工作时序（5）注意事项：1）此模块不宜带电连接，如果要带电连接，则先让模块的GND端先连接。否则会影响模块工作。2）测距时，被测物体的面积不少于0.5平方米且要尽量平整，否则会影响测试结果。6.6项目实训：超声波测距仪3.实训器材HC-SR04超声波测距仪元件表6.6项目实训：超声波测距仪四实训步骤1.硬件连接项目选用8位单片机AT89S52，具有8K字节的程序存储单元，采用C语言编程；显示屏采用64×128液晶显示模块；外加按键、振荡、上电复位和中断信号电路。硬件连接电路连接所示。6.6项目实训：超声波测距仪2.程序设计系统功能分配由单片机AT89S52的T0计时，由P28向HC-SR04超声波测距模块Trig发出10μs启动控制脉冲，Echo的获取与处理可采用软件查询方式或中断处理方式工作，软件查询方式简单；中断处理方式高效、节约系统资源。在此，提供软件查询方式流程图。请自编程序并通过调试，T0可设为计时器1方式工作。6.6项目实训：超声波测距仪3.距离实测利用钢卷尺、反射板按表所给出的距离依次实测5组数据，并进行结果分析。本章小结1.认识流量传感器在工业生产以及日常生活中，需要对流体进行计量与控制，其功能器件为流量传感器。流量是指单位时间内流过管道横截面或河渠横截（断）面液体的量。流量按测量的计量表示方法不同，可分为质量流量与体积流量两种，对应的流量测量方法分为：容积法、节流差压法、速度法和质量流量测量法。本章小结1.认识流量传感器容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板式流量计、膜式煤气表及旋转叶轮式水表等；节流差压法通常在管道中安装一个直径比管径小的节流件，如孔板、喷嘴、文丘利管等，用测出差压值根据伯努利方程计算出管道中的流量；速度法是测出流体的流速，再乘以管道截面积即可得出流量，其代表产品有动压管式、热量式、电磁式和超声式等；质量流量测量法分为间接式和直接式，其典型产品有：涡轮式流量计、双涡轮质量流量计、科里奥利力质量流量计等。本章小结2.常用流量传感器电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理，当被测导电液体流过管道时切割磁力线，在和磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电势，测量感应电势就可以测出被测导电液体的流量。涡街流量计是根据流体力学著名的“卡门涡街”原理，在流动的流体中垂直插入一个三角柱体，当流体沿三角柱体绕流时，在三角柱体后部两侧会产生两列交错排列的旋涡列——卡门涡街，在一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均流速，通过检测元件测出旋涡频率就可以计算出流体的流量。本章小结2.常用流量传感器差压式流量计是利用流体流经节流装置时产生压力差的原理来实现流量测量的，节流装置前后压差的大小与流量有关，管道中流体的流量越大，在节流装置前后产生的压差也越大，只要测出节流装置前后压差的大小，就可计算管道中的流量。容积式流量计是根据一定时间内排出的固定体积的份数来确定流体的体积流量或总流量。常见的产品有椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨式）流量计、刮板式流量计、活塞式流量计、湿式流量计及皮囊式流量计。本章小结3.流量传感器的应用汽车发动机空气流量计安装于发动机进气管，将检测到的空气进气量转化为电信号送至电控单元，电控单元据此控制喷油量，以达到最佳的空气燃油比。目前全球多种主流车型均采用热膜式空气流量计。根据热耗散原理，采用两片热电阻测量前、后桥温差输出电压，输出信号电压随进气流量的增加而升高。医用流量传感器是采用MEMS技术制造的流量传感器产品，具有双向、宽动态特点，适用于呼吸机、肺功能仪、氧气机、麻醉设备、血液体外循环和血液透析治疗仪等相关设备。芯片由两个热偶堆和一个加热电阻组成，或者由两个温敏二极管和一个加热电阻组成，也是通过测量温差方式计算流量。本章小结4.常用位移传感器位移是指物体的某个表面或某点相对于参考表面或参考点位置的变化。位移可分为线位移和角位移。线位移是指物体沿某一直线移动的距离，一般称线位移的检测为长度测量。角位移是指物体绕着某一点转动的角度，一般称角位移的检测为角度检测。电位器式位移传感器将机械位移转换成与之成线性或特定函数关系的电阻值变化，并通过电流或电压形式输出，分为滑块式直线位移传感器和拉杆式直线位移传感器。传感器通常由密封外壳、膜电阻基片、电刷（活动触点）、电极、滑块或联动拉杆等组成。对应的膜电阻基片有：合成膜、金属膜、导电塑料和导电玻璃釉等。本章小结4.常用位移传感器电容式位移传感器有三种基本类型：变极距（d）型、变面积（A）型和变介质（ε）型。变极距型电容式微位移传感器的测头中心的圆柱形金属构成测量电极，被测工件或金属板材通过与基座的接触成为另一个极，通过测量电路获得与二者间距对应的输出电压；变介质电容式液位传感器电容的两极分别用不同直径的金属圆管替代构成圆柱形电容，当被测液体进入圆柱形电容两极，导致电容值改变，电容值改变的大小与被测液体的高度密切相关，从而实现液位高度的测量。本章小结4.常用位移传感器电感式位移传感器分为直线位移传感器和电涡流位移传感器。电感式直线位移传感器通常采用铁芯在螺管线圈中运动，以改变磁路、磁阻和线圈电感来实现位移测量，从传感器内部结构的差异可分为自感式和差动变压器式位移传感器。电涡流位移传感器工作原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应，涡流大小与导体电阻率ρ、磁导率μ以及产生交变磁场的线圈与被测体之间距离x，线圈激励电流的频率f有关，其中电阻率ρ、磁导率μ和激励电流的频率f为常数，通过检测线圈品质因数、等效阻抗或等效电感参数变化所对应的电压值获得距离x。本章小结5.其他位移传感器磁致伸缩位移传感器利用具有磁致伸缩效应的波导丝传输螺旋磁场，当螺旋磁场与永磁磁环组件所在处产生的磁场相互作用时，就在波导丝上产生一个瞬时扭力波，扭力波到达电子舱室后转换为电信号返回脉冲；再通过外围电路，测出起始脉冲和返回脉