超声波传感器：短距离应用的理想选择

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超声波是指高于人类听力跨度（＞20 kHz）的信号，通常在40～70 kHz范围内。这些信号像雷达一样遇见目标后被反射回来。由于超声波成本低、应用灵活，尤其适用于较短范围内的应用，目前，特别是在汽车、家庭和工业机器人设计领域上应用广泛。

在汽车和工业应用中，如果你正在寻找一种传感器，不仅可以检测目标的存在，而且告诉你有多远，超声波可能是一个不错的选择。

超声测距概念

对于超声波传感，最广泛使用的范围是40-70 kHz。频率决定范围和分辨率；低频率产生最大的感测范围。在58千赫，一个常用的频率，测量分辨率为1厘米（cm），测量范围高达11米。在300kHz时，分辨率可以低到一毫米，然而，在此频率下，范围受到了影响，可测量范围最大约30厘米。

超声波收发器通过压电换能器辐射信号。当该信号撞击目标时，产生反射信号。该信号在收发信机接收，它测量传输和返回所用的时间。然后利用空气中的声速计算距离D。

自由空间中的声速，以英尺为单位，每秒为1120。该值随温度和其他周围因素而变化，但是用于范围计算的良好平均值。

D是超声波信号的总往返行程，T是发送和接收秒的时间。往返距离是：
d＝1120（t）

收发信机与远距离目标之间的实际距离是D的一半。

汽车上应用的超声波传感器介绍

超声波系统的是一个很好的公共场所辅助检测系统。这个可以参考TI的TIDA-00 151参考设计。该参考资料包括公司的PGA450-Q1集成电路，它是用于汽车超声传感器的片上系统（SoC）传感器接口集成电路。它为换能器回波信号以及计算换能器与物体之间的距离提供整个信号调节和处理。MCU（8051内核）和程序存储器允许特定终端应用的完全可配置性。本地互连网络（LIN）串行接口将该子系统连接到车辆中的其他系统。

图1

图1显示了超声波模块中的芯片。变压器被用来连接到超声压电换能器，以提供足够的发射功率。使用相同的传感器作为接收器。片上LDO允许直接连接到汽车电池的直流电源。

这种汽车超声波传感器系统的核心是TI公司的PGA450-Q1芯片，它包含了大多数应用所需的大部分内容。它支持在40-70千赫范围。

一个完整的超声波传感器模块如图2所示。这是PGA460 SoC，它提供低至5厘米和高达11米的距离的目标检测。它可以容纳30-70千赫或180-480千赫的频率范围，使系统设计者能够实现更好的分辨率和更短的距离检测。

图2所示的超声波传感模块具有Mureta换能器和TI PGA450-Q1 IC

PGA460集成低噪声放大器（LNA），最大限度地提高噪声环境下的性能，并有助于保持准确性。PGA460能够以300微安的低功率模式工作，适用于许多不同的终端设备设计，减少电池供电的个人电子产品的功耗，并提高无人驾驶车辆的停车场辅助和着陆辅助的精度。

除了在汽车上的应用，超声波还在工业机器人设计有应用，这里，TI也为工程师提供机器人子系统参考设计，以增加他们的下一代机器人设计的新特点和能力。TIDA-01386.模块参考设计使用类似于前面描述的PGA450-Q1的PGA460 SOC。它可以工作在58千赫或300千赫，这取决于范围和分辨率的需要的机器人。该芯片包括MSP430 MCU的嵌入式版本，但具有DSP能力。IO链路接口连接到外部世界。

好了，这里就分享这么多了，感兴趣的还可以了解一下超声波在工业和自动驾驶上的应用。