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超聲波傳感器范文第1篇

【關(guān)鍵詞】 超聲波 傳感器 應(yīng)用

超聲波是一種彈性波，它具有X射線以及光波和磁波等諸多波線所不具有的功能特點(diǎn)，正是基于超聲波的應(yīng)用靈活性與技術(shù)要求性高等特點(diǎn)，人們將其制成超聲波傳感器進(jìn)行工業(yè)實(shí)踐與應(yīng)用。

一、超聲波傳感器概況

1.1超聲波及其原理

物體機(jī)械振動狀態(tài)的傳播形式就是聲波，而超聲波主要是指聲波頻率在20000Hz以上的聲波形式。由于這種聲波每秒鐘的振動頻率較高，因此大大超出了人耳所能承受的聽覺范圍。超聲波按照其在機(jī)械振蕩過程中的不同表現(xiàn)形式，可將其分為縱向與橫向兩種振蕩波[1]。而在我國現(xiàn)階段的工業(yè)實(shí)踐中，主要應(yīng)用的是縱向振蕩波，與可聽聲波相比，超聲波具有獨(dú)特的傳播特征，其衍射能力較強(qiáng)，而且在均勻的傳播介質(zhì)中可以進(jìn)行直線傳播。一般情況下，在同等強(qiáng)度條件下，聲波的頻率與功率具有正相關(guān)性，聲波頻率越大，其傳波的功率就越大。因?yàn)槌暡ㄒ纫话懵暡l率更大，所以其在運(yùn)行傳播時(shí)的功率也較大。由于超聲波具有諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在不同環(huán)境下得到了廣泛應(yīng)用與實(shí)踐。

1.2超聲波傳感器的特點(diǎn)

超聲波傳感器是利用超聲波的上述優(yōu)點(diǎn)研制而成的一種數(shù)字傳感器，以超聲技術(shù)為核心、超聲傳感裝置為載體，進(jìn)行超聲波傳輸與接收。通常情況下，超聲波傳感器又稱為超聲換能器及超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片構(gòu)成，其不但可以接收超聲波，而且可以發(fā)射超聲波。因此在超聲探頭中，核心運(yùn)作組件就是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。這種壓電晶片通過具有磁致伸縮作用的鎳鐵鋁合金材料與具有電致伸縮作用的壓電晶片材料制成。采用壓電晶體材料構(gòu)成的超聲波傳感器是具有可逆功能的一種數(shù)字化傳感器，在其運(yùn)行過程中可將機(jī)械設(shè)備的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而在不同能量轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生超聲波。與此同時(shí)，超聲波傳感器可接收超聲波，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能[2]。因此，按照超聲波傳感器的實(shí)際工作運(yùn)行原理，可將其分為超聲波接收器與超聲波傳輸器。

二、超聲波傳感器的具體應(yīng)用分析

首先，超聲波傳感器可在遠(yuǎn)距離傳輸過程中得到運(yùn)用。通過上述分析可知，超聲波傳感器主要由處理單元模塊及超聲換能單元模塊、輸出單元模塊所組成。在具體應(yīng)用過程中，處理單元模塊可對超聲換能器進(jìn)行電壓激勵(lì)，從而使經(jīng)過激勵(lì)后的電壓以脈沖形式發(fā)出電磁波。隨之，超聲換能器轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，處理單元模塊對接收到的超聲波脈沖進(jìn)行科學(xué)分析，以此判斷其接收到的信號是否是超聲波的回聲[3]。如果經(jīng)過核實(shí)，其所接收到的信號是超聲波回聲，則對超聲波的聲波傳輸時(shí)間進(jìn)行測量分析，按照行程測算結(jié)果，對反超聲波的行程時(shí)間進(jìn)行測算分析。在具體應(yīng)用過程中，可將超聲波傳感裝置安裝于適當(dāng)位置，并對被測物體變化方向發(fā)射的超聲波進(jìn)行分析，就可測量物體表面與超聲波傳感器之間的實(shí)際距離。

其次，超聲波傳感器可在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。目前，超聲波在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的實(shí)踐應(yīng)用，主要體現(xiàn)在患者臨床疾病診斷方面。隨著這項(xiàng)技術(shù)不斷成熟，超聲波傳感器診斷已成為我國現(xiàn)階段醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一種重要診斷方式。在實(shí)際運(yùn)用過程中，利用超聲波進(jìn)行疾病診斷的主要優(yōu)點(diǎn)是受檢者無明顯的疾病痛苦，而且實(shí)踐操作過程非常簡單、無損害、無創(chuàng)傷，診斷過程中有較為清晰的顯像，尤其是診斷精確率較高。

另外，超聲傳感器在測量液位中具有重要作用。在液位測量過程中，超聲波的使用原理是，通過超聲波探頭發(fā)出超聲脈沖信號，其在空氣中進(jìn)行廣泛傳播。當(dāng)傳播過程中遇到空氣與液面之后，就會被被測液體的液面反射回來，此時(shí)技術(shù)測量人員可根據(jù)反射回的信號測算時(shí)間與距離，從而得到液面實(shí)際高度。在液面測量中，超聲波傳感器測量技術(shù)屬于非接觸式測量，因此測量過程中電磁干擾小、不易受到刺激性液體腐蝕，且測量結(jié)果穩(wěn)定，設(shè)備使用壽命較長。

除此之外，超聲波傳感器可在測距系統(tǒng)中得到應(yīng)用實(shí)踐。采用超聲波傳感器進(jìn)行距離測算，不但可以科學(xué)測量設(shè)備輸出脈沖的寬度，而且可以測量脈沖波的具體運(yùn)行時(shí)間。因此，測量精度較高，并可對測量結(jié)果與測量過程進(jìn)行修正。

結(jié)束語：綜上所述，超聲波傳播方向性較好，因此能夠集中進(jìn)行傳播；同時(shí)，超聲波的傳播適應(yīng)能力較強(qiáng)，其能夠在不同傳播媒介中進(jìn)行科學(xué)傳播，而且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播；再者，超聲波與傳聲媒介的相互作用適中，而且在傳波過程中容易攜帶有關(guān)傳聲媒介狀態(tài)的信息。因此，基于上述應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，其在我國諸多技術(shù)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用與實(shí)踐。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李戈，孟祥杰，王曉華，王重秋.國內(nèi)超聲波測距研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J].測繪科學(xué)，2011，36（04）：60-62.

超聲波傳感器范文第2篇

關(guān)鍵詞：超聲波；傳感器；膠位控制

中圖分類號：TB486 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0026-01

1 引言

在卷煙包裝生產(chǎn)過程中，膠位控制系統(tǒng)一直是困擾生產(chǎn)效率提高的重要環(huán)節(jié)。目前，煙草企業(yè)的包裝設(shè)備中主要機(jī)型為GD包裝機(jī)，該機(jī)型膠位檢測傳感器設(shè)計(jì)為電容傳感器，是開關(guān)量輸出模式，機(jī)器在生產(chǎn)過程中受環(huán)境因素影響有時(shí)會出現(xiàn)誤動作，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)器的生產(chǎn)效率。

2 系統(tǒng)原理

超聲波可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播的特性，超聲波具有定向性好，能量集中，在傳輸過程中衰減小，反射能力較強(qiáng)等特點(diǎn)。對膠位控制系統(tǒng)的進(jìn)行新型設(shè)計(jì)，采用超聲波傳感器元件，超聲波傳感器可廣泛應(yīng)用于非接觸式檢測，不受光線，被測物顏色等的影響，它不僅能夠定點(diǎn)和連續(xù)測膠位，這種特性對膠位檢測不受生產(chǎn)環(huán)境因素干擾非常有益。與其他測位技術(shù)相比較，它不需要特別防護(hù)，安裝維修較方便，而且結(jié)構(gòu)方法都較簡單，經(jīng)濟(jì)效益顯著。膠位控制設(shè)計(jì)采用超聲波液位測量技術(shù)，運(yùn)用超聲波脈沖回波方法，由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖，傳到液面經(jīng)反射后返回接收傳感器，測出超聲波脈沖從發(fā)射到接受所需的時(shí)間，根據(jù)媒介中的聲速，就能得到從傳感器到液面之間的距離，從而精確測定膠位高度。

3 膠位控制方案

3.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到使用要求。另一方面在工作中，超聲波傳感器有著優(yōu)越的抗干擾性與工作的穩(wěn)定性，故選擇超聲波傳感器代替原設(shè)備的電容傳感器進(jìn)行測量物體間的距離。

在數(shù)據(jù)處理方面，本文設(shè)計(jì)采用PLC作為控制器（如圖1示，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總框圖），針對超聲波傳感器的測量結(jié)果進(jìn)行處理，用觸摸屏進(jìn)行顯示和設(shè)定。超聲波傳感器的輸出信號是0―10V，接入PLC的模擬量輸入模塊中經(jīng)處理轉(zhuǎn)換為液面高度顯示在人機(jī)界面上。

3.2 系統(tǒng)的控制

系統(tǒng)的控制主要完成顯示液面高度、設(shè)定報(bào)警區(qū)間和注膠時(shí)間功能控制模式（如圖2示，系統(tǒng)控制模式）。區(qū)間設(shè)定是根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，保證涂膠量符合生產(chǎn)工藝要求，通過液面高度和注膠高度的比較來判斷是否注膠，液面高度情況還能反映元器件是否損壞。超聲波傳感器的測量結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)供膠的閉環(huán)控制，隨機(jī)器速度的變化控制增加與減少供膠量，膠位液面可以設(shè)定高低位報(bào)警功能，能夠?qū)崿F(xiàn)以數(shù)字的形式顯示測量距離。

3.3 元件的x擇

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用UNDK系列超聲波傳感器，這類型傳感器檢測范圍為30―250mm，分辨率小于0.3mm，聲波頻率為300KHZ，響應(yīng)時(shí)間小于50ms。其參數(shù)基本特點(diǎn)符合設(shè)計(jì)要求，能夠達(dá)到控制的精度和要求。

4 結(jié)語

包裝機(jī)新型膠位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用超聲波的技術(shù)原理，采用超聲波傳感器元件，系統(tǒng)控制功能精確，可以有效提高包裝機(jī)的膠位控制精度，有效減少機(jī)器膠位控制系統(tǒng)的故障，有利于提高機(jī)器生產(chǎn)效率，是具有推廣價(jià)值的實(shí)用新技術(shù)。

超聲波傳感器范文第3篇

關(guān)鍵詞：測距；超聲波傳感器；STM32； 1602顯示屏

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0238-02

當(dāng)今社會測距是很普遍也很重要的問題，許多場合下需要準(zhǔn)確、迅速、實(shí)時(shí)的測距。例如盲人在行走的過程中，需要一個(gè)裝置來檢測前方有無障礙物，在距離障礙物距離過近的時(shí)候必須可以報(bào)警；又如汽車倒車的時(shí)候也需要檢測車尾與車庫的距離，在危險(xiǎn)距離的時(shí)候可以報(bào)警，使車主可以及時(shí)剎車，避免發(fā)生事故；再如一些的門口也需要測距的裝置，當(dāng)有人靠近的時(shí)候，會發(fā)出警報(bào)，使該區(qū)域的安全性得到保障。目前，測距的方法很多，如紅外檢測具有造價(jià)低、安全性能好、制作簡單等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是檢測精度低、實(shí)用性低。由于超聲測距是一種非接觸式檢測，其抗干擾能力較強(qiáng)，如光源、氣候?qū)Τ暤母蓴_都比較小，相比于其他的技術(shù)更精確，更安全。同時(shí)，超聲測距具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長壽命等特點(diǎn)?；谶@一現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)選用超聲波來檢測距離。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

針對上述問題，本出如下的設(shè)計(jì)：先由超聲波傳感器向正前方發(fā)射超聲波，與此同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波沿著前進(jìn)的方向傳播，由于超聲波能感應(yīng)到障礙物，因此傳播過程中碰到障礙物就會立即朝反方向回傳，這樣超聲波接收器就可以接收到因障礙物而回傳的超聲波，同時(shí)，計(jì)時(shí)停止。超聲波在空氣中的傳播速度v，設(shè)傳播時(shí)間為t，那么單程傳播的為t/2，由距離（s）=速度（v）時(shí)間（t）/2，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離（s）。同時(shí)一方面將距離（s）由顯示屏顯示出來，讓使用者能對前方有無障礙物一目了然，并且還能掌握障礙物與其的具體距離；另一方面，設(shè)置一個(gè)距離最小值，也成閾值，當(dāng)障礙物的距離小于這個(gè)閾值的時(shí)候，單片機(jī)會給報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號，使報(bào)警器報(bào)警，讓使用者能夠迅速準(zhǔn)確的做出應(yīng)對措施。超聲波測距原理如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件器件的x型

本設(shè)計(jì)的傳感器選取的是非接觸式的HC-SR04超聲波測距模塊，HC-SR04超聲波測距模塊使用成本低、抗干擾能力強(qiáng)并且準(zhǔn)確性能好。單片機(jī)選取ARM系列最新、最先進(jìn)構(gòu)架的Cortex-M3內(nèi)核的STM32，STM32不僅性能優(yōu)越，而且價(jià)格便宜，所以本設(shè)計(jì)選取它作為主處理器。由于本設(shè)計(jì)的顯示屏只需要顯示距離信號，所以選取易于控制、成本低的1602顯示屏。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

硬件的組成可以分為兩個(gè)部分：第一部分由超聲波傳感器以及STM32處理器組成，為檢測部分，具體作用為：首先由STM32控制超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波，與此同時(shí)STM32控制定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，由于超聲波是沿著直線傳播，當(dāng)在前方遇見障礙物時(shí)，超聲波會立即反射回來，當(dāng)超聲波傳感器接收到超聲波的時(shí)候STM32控制計(jì)時(shí)結(jié)束；第二部分由1602顯示屏、報(bào)警電路組成，STM32檢測計(jì)算出來的距離會由1602顯示屏顯示出來，當(dāng)距離小于預(yù)先給STM32設(shè)定的閾值時(shí)，STM32會立即給報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號，使蜂鳴器報(bào)警。報(bào)警部分由蜂鳴器和報(bào)警電路組成，報(bào)警電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)主要是對STM32的編程，首先初始化串口和定時(shí)器，并且預(yù)先設(shè)置好閾值。接著給連接超聲波傳感器的IO口發(fā)出指令，開始發(fā)射超聲波，并且由STM32控制定時(shí)器開始計(jì)數(shù)；接著實(shí)時(shí)監(jiān)測超聲波接收器有無信號的讀取，若有，則說明前方有障礙物，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。取定時(shí)器的計(jì)數(shù)差值，由定時(shí)器計(jì)數(shù)的差值可以計(jì)算出共同的時(shí)間，而單向路程所需的時(shí)間為共同時(shí)間的一半，就可以計(jì)算出障礙物與超聲波傳感器的距離。同時(shí)還要將這個(gè)距離與預(yù)先設(shè)置好的閾值進(jìn)行比較，若距離值小于閾值，則STM32會給報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號，達(dá)到報(bào)警效果。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

隨機(jī)選取不同的距離、不同材質(zhì)的障礙物進(jìn)行檢測十次，每當(dāng)達(dá)到檢測范圍的時(shí)候，顯示屏每次都能準(zhǔn)確的顯示出障礙物的距離，并且當(dāng)過度靠近障礙物的時(shí)候，蜂鳴器每次都會發(fā)出報(bào)警。結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的超聲波測距系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)測距和報(bào)警的目的，滿足當(dāng)前市場的要求，同時(shí)制作簡易，具有很好的發(fā)展和使用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡萍.超聲波測距儀的研制[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2003（10）：54-57.

超聲波傳感器范文第4篇

關(guān)鍵詞：智能輪椅；傳感器；系統(tǒng)；定位

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 22-0000-01

Hardware System Design Based on Multi-Sensor Intelligent Wheelchair

Hao Minchai

(Shijiazhuang Vocational College,Shijiazhuang 050081,China)

Abstract:High-performance low-cost intelligent wheelchair can greatly improve today's elderly and disabled users of the quality of life,safe and convenient to use people to their destination,during operation,the smart wheelchair can accept user issued the directive,according to the designated routes,so the design of intelligent wheelchair in the perception of the environment is an integral part of this paper,the context-aware intelligent wheelchair part of the multi-sensor system architecture,component design analysis and interpretation.

Keywords:Intelligent wheelchair;Sensor;System;Positioning

一、傳感器系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

能夠?qū)崿F(xiàn)智能輪椅的總功能主要有：定位系統(tǒng)，環(huán)境感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和人機(jī)交互界面等功能。因此該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中傳感器模塊主要有內(nèi)部狀態(tài)感知和外部環(huán)境感知兩部分構(gòu)成，對于姿態(tài)傳感器主要用來調(diào)整輪椅自身的位姿信息；編碼器傳感器是位移速度和距離獲得自定位的信息采集源；視覺、超聲波和接近開關(guān)主要負(fù)責(zé)持續(xù)獲得周圍環(huán)境和輪椅位于障礙物的距離等的信息。驅(qū)動控制模塊我們采用電機(jī)控制后輪驅(qū)動的方式，在控制器的操作去控制電動輪椅的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。

圖1：智能輪椅硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

二、多傳感器數(shù)據(jù)采集與處理

該智能輪椅有2個(gè)相對獨(dú)立的驅(qū)動輪并各自配有電機(jī)碼盤。電機(jī)碼盤實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測構(gòu)成了里程計(jì)式相對定位傳感器，并安裝有傾角傳感器和陀螺儀傳感器來測量輪椅在運(yùn)動過程的姿態(tài)。超聲波傳感器和接近開關(guān)用于感知周圍環(huán)境信息。為能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的障礙物信息，還配備了超聲波傳感器。還配備了CCD圖像傳感器用于判斷前方行進(jìn)路程中的深度信息。

三、姿態(tài)傳感器

該智能輪椅設(shè)計(jì)采用了一個(gè)傾角傳感器和一個(gè)陀螺儀的組合來構(gòu)成姿態(tài)傳感器檢測車體平臺的運(yùn)行姿態(tài)。傾角傳感器用來測量輪椅偏離豎直方向的角度，陀螺儀用來測量角速度。

以TMS320LF2407A為控制核心的運(yùn)動控制器，根據(jù)編碼器和姿態(tài)傳感器檢測到的平臺運(yùn)行的位移和姿態(tài)信號，通過一定的控制策略計(jì)算出控制量，再經(jīng)脈寬調(diào)制控制及驅(qū)動器放大后驅(qū)動直流電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，隨時(shí)調(diào)整車體平臺的運(yùn)行速度，從而使車體平臺始終保持平衡狀態(tài)。控制電路原理圖如圖2所示。控制板采集來自傾角和角速度傳感器的信號并對信號進(jìn)行調(diào)理（濾波、整形、偏移），然后將信號傳送到控制板中，經(jīng)過DSP的運(yùn)算處理（控制算法由電動車系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)而出），通過DSP的兩路脈寬調(diào)制將控制信號發(fā)出，再經(jīng)過電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制輪椅保持平衡狀態(tài)。

圖2：控制電路原理圖

四、多路超聲波測距模塊

本智能輪椅自主避障系統(tǒng)采用超聲波傳感器測量障礙物的距離，工作時(shí)，由單片機(jī)通過三路信號線選通多路模擬開關(guān)，由多路模擬開關(guān)負(fù)責(zé)每一路超聲波傳感器的通斷。每一路超聲波傳感器工作時(shí)，都由單片機(jī)的I/O口發(fā)射出頻率為40kHz，幅值為5V的矩形脈沖信號，經(jīng)過信號放大電路，變成穩(wěn)定的12V矩形脈沖信號，由超聲波發(fā)射換能器發(fā)射出超聲波。超聲波遇到障礙物返回，由超聲波接收換能器接收，經(jīng)過信號濾波放大集成電路，觸發(fā)單片機(jī)中斷。由單片機(jī)計(jì)算渡越時(shí)間，從而計(jì)算出障礙物的距離。

五、編碼器

編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”，通過“1”和“0”的二進(jìn)制編碼來將采集來的物理信號轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。

產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率是每個(gè)輸入序列的4倍，且把這個(gè)時(shí)鐘作為通用定時(shí)器2的輸入時(shí)鐘。圖4給出了正交編碼脈沖、增減計(jì)數(shù)方向及時(shí)鐘的波形。

圖4：編碼器輸出脈沖圖

六、結(jié)論

超聲波傳感器范文第5篇

關(guān)鍵詞：超聲波傳感器；多諧振蕩發(fā)生器；PLC；軟計(jì)數(shù)器

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、前言

路通信號燈通常采用固定時(shí)間控制信號燈的變化，但是路通情況是受到工作日、假日、天氣、人為等多種因素共同制約的。用一成不變的時(shí)間控制，顯得缺乏靈活性和造成一定的浪費(fèi)?？紤]到以上諸多因素，本設(shè)計(jì)采用超聲波傳感器對通行車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)量檢測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送給可編程序控制器PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)處理和信號控制。針對靈活多變交通情況進(jìn)行信號燈的控制，能夠即時(shí)有效地緩解交通壓力。

二、工作原理

利用超聲波的反射特性，可以通過超聲波探頭對被測物體進(jìn)行計(jì)數(shù)，圖1中為基于PLC的超聲波檢測信號燈控制電路。電路中LM1812為超聲波專用集成電路，其內(nèi)部包括脈沖調(diào)制C類振蕩器、高增益接收器、脈沖調(diào)制檢測器和噪聲抑制電路。其元件鏈接及其功能為：1腳連接LC設(shè)定發(fā)射與接受振蕩頻率；2腳耦合電容為內(nèi)電路第二增益輸入端；3腳輸出電阻為第一增益級輸出端；4腳輸入耦合電容為第一增益級輸入端；5腳接地；6腳發(fā)射器輸出；8腳開關(guān)脈沖限流；9腳接收器開啟延遲；10腳接地；11腳限制監(jiān)測器輸出占空比；12腳接電源；13腳電源退耦；14腳檢出器輸出端；15腳接地；17腳噪聲控制；18腳控制內(nèi)部計(jì)分器復(fù)位時(shí)間常數(shù)。

LM1812的8腳為發(fā)送/接受控制端，高電平發(fā)射，低電平接收。由于接收器的增益很高，超聲波傳感器的引線必須用屏蔽電纜連接，并且1腳和4腳上的元件要遠(yuǎn)離，避免產(chǎn)生自激振蕩。NE555構(gòu)成多諧振蕩器，為8腳提供振蕩頻率，控制其發(fā)送和接收，三極管進(jìn)行驅(qū)動放大信號。

LM1812的14腳輸出計(jì)數(shù)脈沖。接收到信號，14腳為低電平；接收不到信號，14腳為高電平。以紅綠兩個(gè)信號燈為例，PLC的數(shù)字輸入端I0.0控制開啟，I0.1控制斷開。當(dāng)有車通過，即可以接收信號，14腳為低電平，I0.O接通閉合，輸出線圈M1通，綠燈亮；PLC根據(jù)內(nèi)部程序的軟計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，可以任意設(shè)定計(jì)數(shù)值，當(dāng)計(jì)數(shù)到，計(jì)數(shù)器線圈閉合線圈M2通，紅燈亮，通過紅燈互鎖開關(guān)使綠燈滅。當(dāng)車輛未達(dá)到計(jì)數(shù)值就已沒有車輛再通過，如果繼續(xù)等待直到湊夠車輛數(shù)量，即為時(shí)間浪費(fèi)，所以本設(shè)計(jì)同時(shí)采用另一開關(guān)I0.1控制紅燈開啟從而通過其互鎖關(guān)閉綠燈。當(dāng)接收不到信號時(shí)，14腳為高電平，I0.1接通閉合，輸出線圈M2通，紅燈亮，通過其互鎖關(guān)閉綠燈。

三、核心器件介紹

1 超聲波傳感器：利用晶體的壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)，將機(jī)械能（超聲波發(fā)射）與電能（超聲波接收）相互轉(zhuǎn)換，并利用波的特性實(shí)現(xiàn)對各種參量的測量。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，超聲波具有的基本特質(zhì)之一反射和折射現(xiàn)象，當(dāng)超聲波在兩種不同介質(zhì)中通過時(shí)，會產(chǎn)生反射和折射。利用其各種特性，可做成超聲波傳感器，配上不同電路，制成各種超聲波儀器裝置，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。

2 本設(shè)計(jì)采用可編程邏輯控制器（PLC），西門子S7-200系列產(chǎn)品中的CPU226型。它屬于整體式緊湊型系列產(chǎn)品，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，將電源、CPU輸入輸出端子、拓展單元插座等一起裝在機(jī)殼里，體積小、重量輕、便于安裝在機(jī)器設(shè)備上實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。CPU226型共有24個(gè)輸入點(diǎn)（I0.0～I(xiàn)0.7、I1.0～I(xiàn)1.7、I2.0～I(xiàn)2.7）。其輸入電路采用雙向光耦合器，24V直流極性可以任意選擇。系統(tǒng)設(shè)置1M為輸入端子（I0.0～I(xiàn)1.4）的公共端，2M為輸入端子（I1.5～I(xiàn)2.7）的公共端。

結(jié)語

本設(shè)計(jì)以控制一個(gè)交通燈的兩個(gè)信號燈（紅、綠）為例，介紹了基于PLC硬件連接的軟件配套控制方法。PLC輸出部分未連接，根據(jù)現(xiàn)場不同的控制要求，可以編寫軟件程序，并依照程序要求去拓展輸入部分和連接輸出部分外電路。本設(shè)計(jì)的中心思想，就是為了對復(fù)雜多變的交通路口情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，改善不合理的等待，避免造成時(shí)間資源浪費(fèi)。全面考慮諸多特殊因素并通過硬件的連接和軟件配套設(shè)置進(jìn)行了有效的應(yīng)對措施。

參考文獻(xiàn)

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