基于单片机的高精度超声波测距电路

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1、单片机与可编程器件基于单片机的高精度超声波测距电路·牛余朋·本文阐述了超声波测距原理，介绍了如何用单片机实现高温度补偿的方法加以校正。精度超声波测距的具体电路，分析了其各单元工作原理，并给本方案以单片机ATMEL89C2051为核心，通过对其进行出了其程序流程图和源程序。软件编程，实现该单片机对其外围电路的适时控制，并提供给超声波测距原理外围电路各种所需的信号，包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等等，大大简化了外围电路的设计难度，同时为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声更重要的是该种设计方案大大节省了设计成本，并且由于是采波发生器。总体上讲

2、，超声波发生器可以分为两大类：一类是用软件编程技术，所以其移植性能好，在设计电路时可以将其用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气他更多的功能设计进去，而我们在设计电路板时就可以根据自方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统己的设计目的焊接元件。该方案的整个硬件电路可用图2所示笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它图1图2的方框图表示，图3为基于单片机的超声波测

3、距电路原理图。有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，超声波发射电路并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外1.频率产生电路加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将本电路中共用到了两个重要的频率，为了实现输出频率的机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。精确性，在设计时用到了单片机，因为这一部分（频率产生电在超声探测电路中，在发射端得到输出脉冲为一系列方路）是整个电路的核心，由单片机产生的频率必须准确，否则波，这一系列方波的宽度为发射超声与接收超声的时间间隔

4、，测得的距离显示会产生很大误差，笔者在考虑总体方案时，也显然被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲的个数与被测想到用一块单片集成电路（比如说CMOS集成芯片CD4046）来距离成正比。超声测距大致有以下方法：完成频率信号的产生以及分频工作，也完全可以实现电路的功(1)取输出脉冲的平均值电压，该电压(电压的幅值基本固能，但是要想实现高精度要求，难免有些困难，最后还是选择定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；了用单片机来完成频率的产生工作。关于上述的这三个频率是(2)测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时如何由单片机产生的，请详见本文的“具体工作原理分析”

5、部间间隔t。因此，被测距离为S=1/2vt。分。本测量电路采用第二种方案。2.门控电路（RS触发器）由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，附表列为了在本超声波测距电路中实现对超声波发射和接收的自动控制，必须在电路中加入门控电路。下面结合图3讲述一下该门控电路的作用。由S=1/2vt，式中，v为声波在空气中的传播速度，它和空气的温度有关，温度每升高1摄氏度声速增加出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则0.6m/s，如果t已知，距离便可确定，如何测量时间t呢？把输出可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过脉冲作为一闸门信号，让已知

6、频率fc的脉冲恰好能通过闸门，那·27·电子世界2005年5期单片机与可编程器件图3么：t=NTc，式中，Tc为已知脉冲的周期；N为脉冲周期的个数路就不能接成单电源形式的。如果运放是用在开环控制系统中或脉冲的个数。闸门信号与已知脉冲信号的关系如图4所示。的，那么完全可以接成单电源形式的，但是在有些特殊情况还是有它的特殊接法。超声波接收电路1.超声波接收、放大电路由资料知道，运放741的带宽以及抗干扰能力都比较强，但图4是为了防止产生一定的噪音，所以在设计超声波信号放大电路时，将放大电路设计成了两级同相交流放大器，通过参数设置，在本电路设计中门控电路由RS触发器来完

7、成，而RS触发每一级放大接近20倍，这样经过两级放大后，接收到的超声波器是用D触发器CD4013中的一个D触发器来完成。当R=1(S=0)信号就被放大了几乎是400倍，完全能够被后续检测电路检测时复位，即Q=0；S=1(R=0)时置位，即Q=1,在原理分析中，就到。利用它的这一特性。当上电复位时，D触发器CD4013的Q脚输超声波接收电路由运算放大器μA741等组成，具体出低电平加到单片机的P3.3口，不启动内部计数器，处于等待放大电路见图3。状态。接收传感器L2将反射的超声波转换为电信号后，由放大器3.发射驱动电路放大后再送到由U1B、U1C等组成的斯密特整形电

8、路整理成规