一种基于ad590在超声波测距仪的温度补偿电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于测距的仪器技术领域，尤其设及一种基于AD590在超声波测距仪 的溫度补偿电路。
【背景技术】
[0002] 目前用于测距的仪器主要有:微波雷达测距、激光测距及超声波测距=种。微波雷 达测距和激光测距致命的缺陷是技术难度大，成本高，所W应用受到一定的限制而超声波 测距则相对技术难度小，成本低，应用的范围较广，不仅适于工业，还可推广到民用。超声波 传播过程中能量消耗慢，指向强，传播远，所W尤其适合远距离的测量。而且超声波检测较 快、方便、简单、可实时控制，尤其在空气测距的应用中，传送速度慢，信息易检测，分辨率 高，所W精度也较高，因此超声波测距的应用越来越广泛。影响超声波测距的仪器的测量精 度主要有：因为超声波测距是非接触式的检测，相对电磁的或光学等方法而言，受光线、测 量物颜色等的影响较小。所W即使被测物在光线黑暗、烟雾浓、电磁强、灰尘多等环境恶劣 的情况下精度可W保证。超声波测距方法主要有相位检测法、声波幅值检测法、渡越时间法 =种方式。其中，渡越时间法因其原理简单，实现方便，而被广泛采用。超声波测距的原理一 般采用渡越时间法TOFUimeoff light)。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型为解决目前用于测距的仪器技术难度大，成本高，应用受到一定的限 制的技术问题而提供一种基于AD590在超声波测距仪的溫度补偿电路。
[0004] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0005] -种基于AD590在超声波测距仪的溫度补偿电路，所述基于AD590的溫度补偿电路 安装在超声波测距仪上，所述超声波测距仪包括单片机处理器、发射电路、发射探头、接收 电路、接收探头;所述单片机处理器输出端连接发射电路输入端，发射电路输出端连接发射 探头;所述单片机处理器输入端连接接收电路输出端，接收电路输入端连接接收探头输入 端;所述基于AD590的溫度补偿电路连接单片机处理器；
[0006] 所述基于AD590的溫度补偿电路包括电压跟随器、齐纳稳压二极管、可变电阻、差 动放大器、AD转换器;所述基于AD590的溫度补偿电路包括电压跟随器、齐纳稳压二极管、可 变电阻、差动放大器、AD转换器;所述AD590电性连接电压跟随器的输入端，所述电压跟随器 输出端与差动放大器输入端连接，所述差动放大器输出端连接AD转换器输入端，所述齐纳 稳压二极管与可变电阻输入端连接，所述可变电阻输出端连接差动放大器的输入端。
[0007] 进一步，所述超声波测距仪还包括显示电路和报警电路，所述显示电路和报警电 路均与单片机处理器电连接。
[000引本实用新型利用超声波传感器实现无接触式空气测距，如果不考虑环境溫度对超 声波传递速度的影响，测试的结果误差非常大，误差最大10%，误差一般在厘米级，有时达 到分米级，几乎不能满足测量要求;如果采用了基于AD590在超声波测距仪的溫度补偿电路 设计，误差大大减小，误差最大2.5 %，误差一般在毫米级，最多也控制在厘米级，测量精度 得W大大提高，基本上可W满足测量要求。本系统常溫下测量精度较高、反应速度快、同时 有强的抗干扰能力。还可推广应用于各种水文液位测量、障碍物的识别W及车辆自动导航 等领域，因此具有广阔的应用前景。
[0009] 测量系统没有采用溫度补偿措施，测量的结果误差很大，如果采用了本实用新型 的溫度补偿电路，则测量的结果误差大大的减少，完全达到实际测量的精度要求;在测量距 离20-100厘米时无补偿测量误差在2%-10%，而有补偿为0-2% ;在测量距离100-300厘米 时无补偿测量误差在3.5 % -5.3 %，而有补偿为;0.5 % -2 %。
【附图说明】
[0010] 图1是本实用新型实施例提供的基于AD590的溫度补偿电路结构示意图；
[0011] 图2是本实用新型实施例提供的溫度采集子程序图；
[0012] 图3是本实用新型实施例提的溫度补偿距离计算子程序；
[0013] 图4是本实用新型实施例提供的基于AD590的溫度补偿电路的基本原理图；
[0014] 图5是本实用新型实施例提供的AD590顶视图；
[0015] 图6是本实用新型实施例提供的AD590恒流实质图；
[0016] 图7是本实用新型实施例提供的AD590使用连接图；
[0017] 图8是本实用新型实施例提供的基于AD590的溫度补偿电路图。
【具体实施方式】
[0018] 为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举W下实施例，并配合 附图详细说明如下。
[0019] 请参阅图1至图4:
[0020] 下面结合附图对本实用新型进一步描述。
[0021] 一种基于AD590在超声波测距仪的溫度补偿电路，所述基于AD590的溫度补偿电路 安装在超声波测距仪上，所述超声波测距仪包括单片机处理器、发射电路、发射探头、接收 电路、接收探头;所述单片机处理器输出端连接发射电路输入端，发射电路输出端连接发射 探头;所述单片机处理器输入端连接接收电路输出端，接收电路输入端连接接收探头输入 端;所述基于AD590的溫度补偿电路连接单片机处理器；
[0022] 所述基于AD590的溫度补偿电路包括电压跟随器、齐纳稳压二极管、可变电阻、差 动放大器、AD转换器;所述基于AD590的溫度补偿电路包括电压跟随器、齐纳稳压二极管、可 变电阻、差动放大器、AD转换器;所述AD590电性连接电压跟随器的输入端，所述电压跟随器 输出端与差动放大器输入端连接，所述差动放大器输出端连接AD转换器输入端，所述齐纳 稳压二极管与可变电阻输入端连接，所述可变电阻输出端连接差动放大器的输入端。
[0023] 所述超声波测距仪还包括显示电路和报警电路，所述显示电路和报警电路均与单 片机处理器电连接。
[0024] 所述基于AD590的溫度补偿电路，为了保证它的线性度好，在检测电压时不能分 流，因此使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V，即AD590的输出电压。考虑到电路中 发布电抗对电源的影响，电源会带有杂波，从而影响AD590的输出电压，因此使用齐纳稳压 二极管取得一个相对稳定的电压，通过可变电阻分压取出一个稳定的参考电压2.73V。
[0025] 把来自AD590的输出电压与稳定的参考电压2.73V分别通过差动放大器的+，-端输 入，差动放大器输出Vo为a00K/10K)X(V2-Vl)=T/10，假设环境溫度为摄氏2(rC，输出电 压就为2V，就得到一个随溫度变化而线性变化的电压。输出电压接AD转换器，那么AD转换输 出的数字量就和摄氏溫度成线形比例关系。
[0026] 系统溫度采集流程为:初始化^数据操作^读溫度^输出，基本流程如图2溫度采 集子程序图所示；
[0027] 在计算距离时进行了溫度的补偿设计，基本流程如图3溫度补偿距离计算子程序 图所示。
[0028] 下面结合原理分析对本实用新型进一步描述。
[0029] 一、超声波测量距离的误差原因
[0030] 超声波测量距离基本原理:通过测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时 间，再乘W超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。系统的基本原理如图4.
[0031] 1)工作频率的影响
[0032] 超声波传送中能量的损耗与频率的平方成正比。频率太高，超声波传送距离受到 一定限制，但是频率越高，传感器尺寸要求就越小，易于制造;而且频率越高，波长越短，对 被测物的分辨率越高。综合W上各个因素，系统工作频率取40K监。
[0033] 2)指向角的影响
[0034] 指向角是影响测量分辨率的一个重要因素，它与工作波长，传感器半径的关系为： (720° A)村*sin(目/2) = 1.615如果取削=401(化，人=(：/削=8.5111111。指向角目越小，分辨率越 高，但要求传感器半径r越大，制造越难，为降低成本，又考虑分辨率的情况下选用国产现有 压电传感器片最大半径r = 6.3mm，故目=2柄rcsinU .615V720。卸）=75° [3]。
[0035] 3)溫度的影响
[0036] 超音波的测量距离S = Vt/2，其中t由系统单片机计时，精度很高，但超音波在空气 传播的速度V会受到溫度、湿度、粉尘、气流等很多因素的影响，通过实验比较分析发现:溫 度对超音波的传播速度影响最严重，从下面的声音与溫度的关系表一可W发现超音波在空 气传播的速度与溫度的关系为:C = 331.5+0.607Tm/s，其中T就是空气溫度，考虑环境溫度 一般-40°C-4(rC，代入公式可得速度为307.17-345.85,当空气溫度从-40°C变到40°C，速度 变大38.68m/s，相对基本速度331.4m/s，变化率达到11.67 %，可见溫度引起的测量误差十 分大，不可忽视，必须采取措施来改善，正因为如此本实用新型基于AD590在超声波测距仪 的溫度补偿电路，改善了溫度引起的测量误差，保证了测量仪的测量精度。
[0037] 表一:声音与溫度的关系 [00；3 引
[0039] 二、AD590的特性及应用
[0040] 本实用新型中采用美国ANALOG DEVICES公司生产的AD590的感溫器，利用了它输 出电流与绝对溫度成比例的特性，而且精度很高(仅为±〇.3°C)，它的高阻抗特性保证了它 受负载的影响很小，同时AD590可W通过CMOS多路切换实现多路复用。AD590适用溫度范围 广(-55°C-150°C)，工作电压范围也广(4V-30V)，它是一个低成本单片集成两端感溫恒流 源，应用中不要再附加线性处理电路，放大电路等其它支持电路，总之基于AD590线性好，精 度高，价格低等突出特性选择了它。
[0041 ]如图5、6所示:AD590顶视图，恒流实质图所示:AD590的引脚及使用方法:AD590有3 个的引脚，一般只用两个(+-两引脚)第=个引脚一般接外壳起到屏蔽作用。
[0042] 如图7所示:AD590的输出电压值与溫度的关系分析：由于AD590输出电流随环境溫 度每增加 TC,它会增加化A( W绝对溫度零度-273°C为基准），所W当环境溫度为(TC时，其 输出电流是273iiA，AD590下面接一个标准的IOK电阻，那么输出电压Vo就为2.73V。如果环境 溫度为T摄氏度，则电流I为(273+T)iiA，输出电压V为(273+T)iiAX10K=(2.73+T/100)V。
[0043] =、实验结果
[0044] 如果系统没有采用溫度补偿措施，测量的结果误差很大，如果采用了本实用新型 的溫度补偿电路，则测量的结果误差大大的减少，完全达到实际测量的精度要求。
[0045]
[0046] 利用超声波传感器实现无接触式空气测距，如果不考虑环境溫度对超声波传递速 度的影响，测试的结果误差非常大，误差最大10%，误差一般在厘米级，有时达到分米级，几 乎不能满足测量要求;如果采用了基于AD590在超声波测距仪的溫度补偿电路设计，误差大 大减小，误差最大2.5 %，误差一般在毫米级，最多也控制在厘米级，测量精度得W大大提 高，基本上可W满足测量要求。本系统常溫下测量精度较高、反应速度快、同时有强的抗干 扰能力。还可推广应用于各种水文液位测量、障碍物的识别W及车辆自动导航等领域，因此 具有广阔的应用前景。
[0047] 如图8为本实用新型实施例提供的基于AD590的溫度补偿电路图。
[004引 W上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对W上实施例所做的任何简单修改，等同变化与 修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种基于AD590在超声波测距仪的温度补偿电路，其特征在于，所述基于AD590的温 度补偿电路安装在超声波测距仪上，所述超声波测距仪包括单片机处理器、发射电路、发射 探头、接收电路、接收探头;所述单片机处理器输出端连接发射电路输入端，发射电路输出 端连接发射探头;所述单片机处理器输入端连接接收电路输出端，接收电路输入端连接接 收探头输入端;所述基于AD590的温度补偿电路与单片机处理器连接； 所述基于AD590的温度补偿电路包括电压跟随器、齐纳稳压二极管、可变电阻、差动放 大器、AD转换器;所述AD590电性连接电压跟随器的输入端，所述电压跟随器输出端与差动 放大器输入端连接，所述差动放大器输出端连接AD转换器输入端，所述齐纳稳压二极管与 可变电阻输入端连接，所述可变电阻输出端连接差动放大器的输入端。2. 如权利要求1所述的基于AD590在超声波测距仪的温度补偿电路，其特征在于，所述 超声波测距仪还包括显示电路和报警电路，所述显示电路和报警电路均与单片机处理器电 连接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于AD590在超声波测距仪的温度补偿电路，所述基于AD590的温度补偿电路安装在超声波测距仪上，所述超声波测距仪包括单片机处理器、发射电路、发射探头、接收电路、接收探头。本实用新型以单片机AT89S51作为主控制器超声波测距仪的基本原理，找出其主要误差原因—温度，设计了基于温度传感器AD590检测环境温度的电路，对超声波的传播速度进行温度补偿，设计了温度采集与补偿的思路，提高了测量的精度，通过实验证明温度补偿电路设计，误差大大减小，误差一般在毫米级，最多也控制在厘米级，测量精度得以大大提高，完全满足测量要求，而且常温下电路精度高、反应快、抗干扰强，有广阔的应用前景。
【IPC分类】G01S7/52
【公开号】CN205384364
【申请号】CN201620146134
【发明人】王群, 王伟平
【申请人】湖南汽车工程职业学院
【公开日】2016年7月13日
【申请日】2016年2月26日