超声波测距仪方案开发

针对工业测距传感器不能在煤矿井下特殊环境使用，提出一种矿用本安型超声波测距仪设计方案，详细介绍了其工作原理及硬件设计。采用 430 单片机处理数据，通过 lcd1602 显示，支持 modbus-rtu协议。

一、原理

传统的矿用测距传感是采用红外和激光测距，但是红外和激光只能用于空旷的场地，并且环境不能有粉尘，否则影响测试数据，当有大颗粒粉尘反射光线时，就得出测试距离。而超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其他仪器更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点，而我开发超声波测距仪是以一个平面为反射面的，反射面必须大于 0.5m2，这就避免了风尘环境中大颗粒物的干扰，在实际应用中效果明显。而且加入了上下限报警设定，超过设定值会通过固态继电器输出一个闭合节点，同时对外有一路485 接口，支持数据远传，更适合数字化现代矿山建设，可以很方便的采集数据，上传调度云中心。

二、硬件设计

主控使用 MSP430F5418 单片机，超声波测距模块采用，主控芯片采用16位低功耗MSP430单片机，处理能力强，运算速度快，片内资源丰富，方便高效的开发环境，超低功耗，性能稳定。可以保证测距仪测量的距离精确，稳定。

2.1、主控设计

主控芯片采用16位低功耗MSP430单片机，处理能力强，运算速度快，片内资源丰富，方便高效的开发环境，超低功耗，性能稳定。可以保证测距仪测量的距离精确，稳定。

2.2、RS485 隔离电路

为适应煤矿井下本安电路的要求，采用 ISO1176 隔离芯片，处理 RS485 信号，该芯片可靠性和生命周期是磁性或光学隔离技术的两倍还多，可在线路收发器和逻辑电平接口之间实现 2500Vrms 的隔离，从而既可降低数据损坏风险，而且还能避免超长传输线路上昂贵的控制电路出现损坏，工作速率高达 40Mbps，即比实力最接近的竞争解决方案快两倍多，实现了更高的数据传输速度。

2.3 按键设置 

按键设置 

本超声波传感器设置三个按键，三个按键暂时定义为 A、B、C。通过这三个按键可以设置距离报警上下限、测距输出选择（模拟量输出和继电器开关量输出）和RS485从机地址。 A 键负责设置的进入和退出，B 键负责设置过程中位数的选择，C 键负责本级菜单的翻转和设置过程中数据的递增。其中，A、B 同时按下后，恢复默认设置，即：报警上、下限为450 和 002cm；选择 485 输出；modbus 从机地址为001。

三、结束

给出了相应的硬件的设计方案。该测距仪反映速度快、控制简单、精度高，抗干扰能力强等，测距范围为 2cm 到 500cm，在电路设计上考虑了本安参数，可以用于煤矿井下。实验证明，在 0～5 米的量程范围内，该传感器的误差低于 0.02m，并且该传感器具有上下限报警设定和数据远传功能，支持modbus-rtu 协议，性能稳定可靠，能适应煤矿井下恶劣的环境。

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