基于超声波的障碍物检测系统的设计实现(1)

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1、基于超声波的障碍物检测系统的设计实现背景：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；目前较为常用的是压电式超声波发生器；通常用于小距离检测、障碍物检测等。目前已经广泛应用于小距离测距、机器人检测、车辆倒车雷达以及家居安防系统等领域。声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度

2、是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。这里声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波。   假设室温下声波在空气中的传播速度是335.5m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，距离d可以由下列公式计算：d=33550(cm/s)*t(s)因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2。目的：1、了解单片机最小系统的设计2、熟悉单片机串行通信模块的设计3、了解555、NE

3、5532、CD4049、LM311的工作原理4、熟悉数码管显示原理。任务及要求：结合单片机最小系统、555、CD4049、LM311等模块电路共同设计一个基于超声波的障碍物检测系统，能够检测前方一米左右处是否有障碍，并用指示灯表示出来。1、焊接并调试单片机最小系统板2、焊接并调试555、NE5532、CD4049、LM311等功能电路3、各电路联机调试，检测前方一米左右处是否有障碍，并用指示灯或数码管显示出4、用数码管显示障碍物的精确距离，精度10%以内，最小距离1.0米设计理念：整个电路可分为两大部份，一部

4、份是超声波发射调理电路，另一部份是超声波回波接收处理电路。用于驱动超声波传感器的40KHz的方波由一片555搭成的多谐振荡器生成，受控于单片机的控制信号；40KHz的方波经CD4049调理后，成为振幅18V的方波，提高发射功率。发射头发射出去的超声波经障碍物反射后，反射到接收头，而接收到的波形幅度非常小，所以在回波处理电路中，把接收到的波形放大了5000倍，用的是NE5532搭成的两级交流放大电路。经放大后的波形送入，LM311比较器；经比较器调理后的波形成为方波，可送给单片机的外部中断。在设计中，驱动超声波

5、换能器的40KHz是以14个脉冲的序列发射出去的，也就是说是以脉冲的形式进行发射的。超声波测距模块中有40KHz方波的产生电路，所以在单片机对发射的控制也就是对40KHz方波产生电路的使能控制；14个40KHz的脉冲序列的时间为350us，在程序是用延时来实现的。   用户每查询一次距离，在系统中设计为要进行四次的测量；这四次测量的间隔时间用16Hz的时基中断来控制的。每一次测量，先发射14个40KHz脉冲，然后时间基准计数器（在本系统中用TimerB）开始计时，当发射时间过4ms时，才打开EXT1外部中断，

6、等待回波反射到接收头。发射后等待4ms是因为：压电式的电声传感器一般都会存在余波干扰，而有部份声波会沿电路板直接传到接收头，经接收电路的5000倍放大后，系统就有可能会把它误认为反射回来的回波信号。而指向性也是超声波传换能器的一个重要性能指标，指向性不好的换能器在狭小且复杂的环境是无法进行测量的。所以，传感器的特性决定了本系统的最小测距为70cm以上。参考电路图：单片机最小系统模块加显示电路超声波发射模块超声波接收模块