超声波测距系统的电路设计
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因
而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过
超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易
于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机
器人的研制上也得到了广泛的应用。
一、引言
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波
经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利
用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测
量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛
的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距
障碍物的距离信息（距离和方向）。本文所介绍的三方向（前、左、右）超声
波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距
离信息。
二、
超声波测距原理
1、 超声波发生器
为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上
讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用
机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方
式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波
特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生
器。
2、压电式超声波发生器原理
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内
部结构如图 1 所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信
号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动
共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收
到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为
超声波接收器了。
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