,1156 北京科技大学学报 第29卷 用线性方程组的算法可以求解得到A、B、C和D C2+AB2-4AD 的值 b= 4A2 (10) 由式(6)得到A、B、C和D的值后，可求得平 面上长轴与x轴夹角0=0的椭圆的另外四个 椭圆的横坐标中心x0=一号=6，时间：即为 参数： 超声波接收探头所接收到的回波信号的峰值时刻， x0≥、B 对应所测距离时接收信号电压值为b一y0= 2 (7) C y0= 2A (8) 牛AD+-V。如图4所示. 4A2 根据超声测距原理⑧]，待测距离为L,超声波 a C2+AB2-4AD 4A (9) 的声速为“，利用温度传感器测温来实现声速间接 100F (a) 65F 原始数据 (b) 原始数据 0 中心椭圆法 60 拟合 中心椭圆法 拟合 -100 55 -200 50 -300 45 -400 40 -30-20-10010203040 -15-10-505101520 图4使用中心椭圆法得到的椭圆(a)及与真实数据比较的局部放大图(b) Fig.4 Fllipse after using the central ellipse algorithm (a)and its amplified graph (b) 补偿，中心椭圆算法得到的超声波往返时间为t, 由下式可计算出所测距离0]： 3实验结果 L=ot/2 (11) 本文所述的超声波测距系统是基于 系统的算法流程如图5所示， ATmegal6L单片机的智能控制系统以及信号处理 算法完成的，控制系统主要完成发射脉冲串驱动信 超声波回波信号 号、对回波信号进行A/D转换、根据回波信号设定 零相位滤波 放大倍率、完成算法计算、进行温度补偿修正、协调 阈值法处理提取峰值左右的信号椭圆中心算法 输入输出（包括数据显示、电流输出）等工作，当发 射频率为50kz,每组包含五个脉冲，经过换能器驱 峰值左右的四个特征点对应的x,y值 动，驱动电压峰值V≥650V,对实际距离1,1.2， 计算立%立以龙以立以立好立 1.6,1.8和2m的液位进行测量，在算法上分别采 用了包络线法、三次多项式拟合法和中心椭圆算法 进行测量比较，比较结果如表1所示 从表1可以看出，中心椭圆算法与包络线法和 构成关于A、B、C、D的方程组 三次多项式法这两种传统的超声波测距算法相比， 接收到回波信号的时间t为-B2 测量精度大幅度提高 温度补偿后得到超声波速度为， 4结论 得到所测距离L=vt2 本文提出了新型超声测距算法，系统从硬件电 图5系统算法流程示意图 路的设计上减小了噪声的影响，提高了回波信号的 Fig-5 Flow diagram of the system 信噪比和稳定性，增强了系统抗干扰能力，提出的用线性方程组的算法可以求解得到 A、B、C 和 D 的值． 由式（6）得到 A、B、C 和 D 的值后‚可求得平 面上长轴与 x 轴夹角θ＝0的椭圆的另外四个 参数： x0＝— B 2 （7） y0＝— C 2A （8） a＝ C 2＋ AB 2—4AD 4A （9） b＝ C 2＋ AB 2—4AD 4A 2 （10） 椭圆的横坐标中心 x0＝— B 2 ＝ t‚时间 t 即为 超声波接收探头所接收到的回波信号的峰值时刻‚ 对应 所 测 距 离 时 接 收 信 号 电 压 值 为 b — y0＝ C 2＋ AB 2—4AD 4A 2 ＋ C 2A ＝ V m‚如图4所示． 根据超声测距原理［8］‚待测距离为 L‚超声波 的声速为 v ‚利用温度传感器测温来实现声速间接 图4 使用中心椭圆法得到的椭圆（a）及与真实数据比较的局部放大图（b） Fig．4 Ellipse after using the central ellipse algorithm （a） and its amplified graph （b） 补偿‚中心椭圆算法得到的超声波往返时间为 t ［9］‚ 由下式可计算出所测距离［10］： L＝vt／2 （11） 系统的算法流程如图5所示． 图5 系统算法流程示意图 Fig．5 Flow diagram of the system 3 实验结果 本 文 所 述 的 超 声 波 测 距 系 统 是 基 于 ATmega16L单片机的智能控制系统以及信号处理 算法完成的．控制系统主要完成发射脉冲串驱动信 号、对回波信号进行 A／D 转换、根据回波信号设定 放大倍率、完成算法计算、进行温度补偿修正、协调 输入输出（包括数据显示、电流输出）等工作．当发 射频率为50kHz‚每组包含五个脉冲‚经过换能器驱 动‚驱动电压峰值 V pp≥650V‚对实际距离1‚1∙2‚ 1∙6‚1∙8和2m 的液位进行测量‚在算法上分别采 用了包络线法、三次多项式拟合法和中心椭圆算法 进行测量比较‚比较结果如表1所示． 从表1可以看出‚中心椭圆算法与包络线法和 三次多项式法这两种传统的超声波测距算法相比‚ 测量精度大幅度提高． 4 结论 本文提出了新型超声测距算法‚系统从硬件电 路的设计上减小了噪声的影响‚提高了回波信号的 信噪比和稳定性‚增强了系统抗干扰能力．提出的 ·1156· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷