超声波雷达的原理安装与标定.pptx

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学习目标 知识目标 1.了解超声波雷达工作原理。 2.掌握超声波雷达特点、参数。 技能目标 1.掌握超声波雷达的调试技能。 2.掌握超声波雷达探测障碍物的技术特点。 建议课时 8课时; 一、超声波雷达的特点 超声波雷达在汽车上的应用如图2-1所示。超声波雷达外形如图2-2所示,其在应用中具有如下特点:; (1)汽车上用的超声波雷达,频率为40kHz,相对固定。 (2)超声波的传播速度低,并且指向性强,灵敏度高,能量消耗缓慢。一般测量距离小于10m。 (3)超声波对色彩、光照度不敏感,适用于识别透明、半透明及漫反射差的物体。 (4)超声波抗环境干扰能力强,可全天候工作,可在室内、黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中使用。 (5)超声波雷达结构简单,体积小,成本低,信息处理简单可靠,易于小型化与集成化,并且可以进行实时控制。 (6)超声波雷达适用于汽车低速行驶时,因为在不同的天气情况下,超声波的传输速度不同,当汽车高速行驶时,超声波测距无法跟上车距的实时变化,误差较大。 (7)超声波有一定的扩散角,只能测量距离,不能测量方位,因此停车时必须在汽车前、后保险杠不同方位上安装多个超声波雷达。 (8)对于低矮、圆锥、过细的障碍物或者沟坎,超声波雷达不容易探测到。 (9)超声波的发射信号和余振的信号都会对回波信号造成覆盖或者干扰,形成探测盲区,可安装摄像头解决盲区问题。; 二、超声波雷达的结构 超声波雷达的主要材料是一种具有压电效应、能够实现电能与机械能相互转换的晶体材料——压电晶片。超声波雷达有一个发射头,一个接收头,通过超声波发射头发出超声波脉冲,经介质(空气)传到障碍物表面,被障碍物反射后再通过介质(空气)传回到接收头,计算出超声波脉冲从发射到接收往返的时间,根据介质中的声速,就可以得到从探头到障碍物表面的距离。超声波雷达典型结构如图2-3、图2-4所示。; 三、超声波雷达测距原理 1.超声波雷达定义 超声波雷达是??款极其常见的传感器。如果觉得超声波雷达有些陌生,那么它还有一个更通俗的名字——倒车雷达。它是汽车驻车或者倒车时的安全辅助装置,能以声音或者更为直观的显示器告知驾驶员周围障碍物的情况,消除了驾驶员驻车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的不便,并帮助驾驶员解决了视野盲区和视线模糊的问题(图2-5所示为停车辅助,图2-6所示为博视宝数码倒车雷达)。; 2.工作原理 超声波雷达的工作原理是通过超声波发射装置向外发出超声波,通过接收器接收到发送过来超声波时的时间差来测算距离,如图2-7所示。目前,常用探头的工作频率有40kHz、48kHz和58kHz三种。一般来说,频率越高,灵敏度越高,但水平与垂直方向的探测角度就越小,故一般采用40kHz工作频率的探头。超声波雷达防水、防尘,即使有少量的泥沙遮挡也不影响,探测范围在0.1~3m之间,且精度较高,因此非常适用于停车。 工作时,超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲,给测量逻辑电路提供一个短脉冲。由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理,自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单,成本低,制作方便,但其传输速度受天气影响较大;另外,超声波能量与距离的平方成正比衰减,因此,距离越远,灵敏度越低,从而使超声波测距方式只适用于较短距离。目前,国内外一般的超声波测距仪,其理想的测量距离为4~5m,因此大多用于汽车倒车雷达等近距离测距中。; 如图2-8所示,该倒车雷达系统采用单片机控制,利用超声波实现无接触测距,并考虑测量环境温度对超声波波速的影响,而且通过温度补偿法对速度进行校正。使用由集成数字传感器DS18B20构成的温度测量电路,可直接读取温度值,再根据温度补偿得出超声波在某一温度下的波速,由单片机计数脉冲个数获得传播时间,根据超声波测距原理测得并显示距离,再根据显示的距离控制蜂鸣器的发声频率。; 如图2-9所示,超声波雷达在空气中工作,设探头到障碍物表面的距离为L,超声波在空气中的传播速度为v(约为340m/s),超声波从发出到接收所需的传播时间为t,当发射头和接收头之间的距离远小于探头到障碍物之间的距离时,则超声波雷达至障碍物表面之间的距离L=vt/2。; 四、超声波雷达的主要参数 1.测量范围 超声波雷达的波长越长,频率越小,检测距离越大。

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