超声波测距控制模块

原理
超声波探头从发射超声波脉冲开始计时，通过空气介质传播到被测物体，经反射后回到超声波探头，即时停止计时。再根据超声波在空气中的传播速度可知：C=C0+0.607×T℃(其中C0为零度时，声波在空气中的传播速度约为331.5m/s；T为当前实际温度)，则可以计算出探头到反射面的距离为：S= (331.5+0.607×T℃)*t/2。

特点
1.防护等级高；
2.使用简单，操作便捷；
3.测量精度高，分辨率高；
4.标准DC12V供电，使用方便；
5.带温度输出和温度补偿功能；
6.探测距离远，远探测距离大于18米；
7.具有物理喇叭口外壳，有较好的指向性和稳定性；
8.输出方式多样化，有串口输出、 PWM输出、开关量输出。


电器参数
PWM输出 串口输出 开关量输出
供电电压 12V，纹波小于100mV
静态电流 约20mA 约25mA
工作电流 约22mA 约25mA
中心频率 40KHz
盲区距离 500mm
探测起点 默认以探头表面，以喇叭口平面需减约40mm
远距离 大于18米
发射角度 <20°
工作周期 125mS 250mS
触发信号 下降沿触发 接电源地
测距精度 ±10cm（与测量距离的远近有关）
分辨率 1mm
温度补偿 不补偿 补偿
温度输出 无 有 无
工作温度 -25℃-70℃
存储温度 -40℃—85℃



使用说明

实物图


实物图1 实物图2
接口说明




实物图3

其中
1.DC12V作为电源供电正极引脚（+12V），外接范围在11V-13V之间的直流工作电压；
2.GND作为电源供电负极引脚（GND），接电源地；
3.SET作为设置开关（按键）外部引出脚；
4.D作为备用I/O；
5.A2作为备用I/O；
6.ON/OFF作为输出引脚（ON/OFF），板上已串接1K电阻，在开关量模式下输出高低开关量，高电平为5V，低电平为0V；
7.TX/PWM作为输出引脚(TX/PWM)，板上已串接1K电阻，在串口模式下输出TTL电平串口信号，在PWM模式下输出TTL电平PWM信号；
8.RX/TR作为触发引脚(RX/TR)，板上已串接1K电阻，触发电压输入低电平大0.8V，输入高电平小2.0V，不能超过5.5V；
9.GND作为电源供电负极引脚（GND），接电源地；
10.+5V作为外部应用供电用，供电电流不超过50mA；
11.设置开关（按键）引脚；
12.设置开关（按键）引脚。
为方便用户设置输出模式、标定门限值，在模块的反面与11、12引脚相对位置处，有一个轻触按键，即为设置开关（按键）。


操作指示说明
超声波控制器有三种输出模式：串口输出（指示灯显示红色）、PWM输出（指示灯显示绿色）、开关量输出（指示灯显示红色和绿色）。产品出厂时默认为串口输出模式，可以通过设置开关（按键）来切换输出模式，指示灯的变化会对应指示切换的状态。当给控制器模块上电后，相对应的工作模式下的指示灯常亮1秒钟后熄灭。
触发信号说明
1、当触发引脚“8.RX/TR”一直为高电平时，控制器处于低功耗待机状态。
2、当触发引脚“8.RX/TR”为下降沿时，要求下降沿低电平保持0.1-10mS时间。如果控制器在串口模式下，会被触发工作一次，从而输出一帧串口数据；如果控制器在PWM模式下，会被触发工作一次，从而输出一次PWM信号。
3、当触发引脚“8.RX/TR”一直为低电平时，或者直接接到电源地，此时控制器工作在开关量模式。

指示灯说明
1、当控制器工作在串口输出模式时，上电后，指示灯亮红色，1秒后熄灭。控制器被下降沿触发工作一次时，指示灯显示红色闪烁一次。
2、当控制器工作在PWM输出模式时，上电后，指示灯亮绿色，1秒后熄灭。控制器被下降沿触发工作一次时，指示灯显示绿色闪烁一次。
3、当控制器工作在开关量输出模式时，上电后，指示灯同时亮红色和绿色，1秒钟后熄灭。指示灯以同时亮灭红色和绿色的状态来实时指示开关量的状态，例如当前探测的距离值在门限范围内，则指示灯同时亮红色和绿色，不在感应范围内，则指示灯熄灭。

设置开关（按键）操作说明
1、短接设置开关（按键）（即将11、12.设置开关（按键）短接）（小于2秒）后断开，或短按按键（小于2秒），“串口输出”和“PWM输出”两种输出模式可轮流切换，指示灯会指示当前切换后的状态，切换成功后控制器模块会记忆此模式，掉电不会丢失。
2、短接设置开关（按键）（即将11、12.设置开关（按键）短接）（大于3秒）后断开，或长按按键（大于3秒），控制器会把当前测量的距离值保存起来，作为开关量模式下的门限值距离，设置成功后控制器模块会记忆此门限值距离，掉电不会丢失。



输出格式说明
串口输出
产品在出厂时默认为串口输出模式。每当触发引脚“8.RX/TR”为下降沿并且低电平保持0.1-10mS时间，就会触发控制器工作一次，指示灯显示红色闪烁一次。“7.TX/PWM”输出一帧5V TTL电平的串口数据，此数据经过温度补偿，“7.TX/PWM”在板上已串接了1K电阻，可与外部3V供电用户板直接连接。控制器的触发周期大于125mS。
时序图：

注：T1不小于1mS；T2=9~11mS；T3=3~120mS

串口通信命令帧格式：
接口类型 起始位 数据位 停止位 奇偶效验 波特率
UART 全双工 1 8 1 无 9600



输出帧格式：

输出举例：
例一：距离和正温度
帧头 Data H Data L Temp H Temp L SUM
0xFF 0x22 0xB8 0x01 0x20 0xFA

1、距离值计算：
距离值=(Data H)*256+(Data L)*1=0x22B8；
换算成十进制为8888；
则此时控制器探测的距离值为8888mm，单位是毫米

帧数据 说明 字节
帧头标识 固定为 0xFF 1字节（十六进制）
Data H 距离的高位数据 1字节（十六进制）
Data L 距离的低位数据 1字节（十六进制）
Temp H 温度的高位数据 1字节（十六进制）
Temp L 温度的低位数据 1字节（十六进制）
SUM 通讯校验和 1字节（十六进制 累加和低字节）
2、温度值计算：
注：温度的高位数据(Temp H)的高位为0时，表示正温度，当为1时，表示负温度。由于(Temp H)=0b00000001,其高为0，则表示探测到的环境温度为正温度。
温度值=（Temp H）*256+（Temp L）*1=0x0120
转换成十进制为288；
则此时控制器探测到的温度值为28.8℃，单位是摄氏度

3、校验和低字节计算：
注：校验和只保留累加数值的低8位
SUM=(帧头)+(Data H)+(Data L)+(Temp H)+(Temp L)
=0xFF+0x22+0xB8+0x01+0x20 =0x01FA
取其低字节，则为0xFA

例二：距离和负温度
帧头 Data H Data L Temp H Temp L SUM
0xFF 0x1A 0x0A 0x81 0x0A 0xAE

1、距离值计算：
距离值=(Data H)*256+(Data L)*1=0x1A0A；
换算成十进制为6666；
则此时控制器探测的距离值为6666mm，单位是毫米

2、温度值计算：
注：温度的高位数据(Temp H)的高位为0时，表示正温度，当为1时，表示负温度。由于(Temp H)=0x81=0b10000001,其高为1，则表示探测到的环境温度为负温度。
温度值=（(Temp H) & 0x7F）*256+（Temp L）*1=0x010A
转换成十进制为266；
则此时控制器探测到的温度值为-26.6℃，单位是摄氏度

3、校验和低字节计算：
注：校验和只保留累加数值的低8位
SUM=(帧头)+(Data H)+(Data L)+(Temp H)+(Temp L)
=0xFF+0x1A+0x0A+0x81+0x0A
=0x01AE
取其低字节，则为0xAE



PWM输出
在PWM输出模式下，每当触发引脚“8.RX/TR”为下降沿且低电平保持0.1-10mS时间，就会使触发控制器工作一次，然后输出引脚“7.TX/PWM”将输出一次5V TTL电平的PWM信号，“7.TX/PWM”在板上已串接了1K电阻，可与外部3V供电用户板直接连接。控制器的触发周期大于125mS。
输出原理：
当触发引脚接收到下降沿触发电平后，控制器模块内部自动发出40KHz的超声波，同时输出引脚“7.TX/PWM”就会被拉高，当检测到回波信号回来时，输出引脚马上被拉低，当没有检测到物体时，输出引脚约120mS后也会被拉低结束探测，此过程没有经过温度补偿，温度补偿由用户自行处理。可采用MCU判断PWM高电平的时间，这个时间就是超声波探测物体来回的时间，可以根据波速计算出距离值。
时序图：
注：T1大于1mS；T2=9~11mS；T3=3~120mS

计算方式：
计算公式是根据“距离=高电平时间*声速/2”，超声波在不同温度下的传播速度为：v=331.5+0.6t(m/s)。如果没有检测到物体，输出引脚将输出约为120mS的固定脉冲。