超声波测距电路图
超声波测距电子电路设计详解
超声波测距电子电路设计详解在自主行走机器人系统中，机器人要实现在未知和不确定环境下行走，必须实时采集环境信息，以实现避障和导航，这必须依靠能实现感知环境信息的传感器系统来实现。
视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛应用。
由于超声波测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制，并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统，该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。
超声波测距原理超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。
当它的两极外加脉冲信号，且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，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两极间未加外电压，当共振板接收到超声波时，就成为超声波接收器。
超声波测距一般有两种方法：①取输出脉冲的平均电压值，该电压与距离成正比，测量电压即可测量距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，根据被测距离s=vt？2来得到测量距离，由于超声波速度v与温度有关，所以如果温度变化比较大，应通过温度补偿的方法加以校正。
本测量系统采用第二种方法，由于测量精度要求不是特别高，所以可以认为温度基本不变。
本系统以PIC16F877单片机为核心，通过软件编程实现其对外围电路的实时控制，并提供给外围电路所需的信号，包括频率振动信号、数据处理信号等，从而简化了外围电路，且移植性好。
系统硬件电路方框图见图1。
图1 系统硬件电路方框图由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物，并不需要知道障碍物与机器人的具体距离，因此不需要显示电路，只需要设定一距离阀值，使障碍物与机器人的距离达到某一值时，单片机控制机器人电机停转，这可通过软件编程实现。
超声波发射电路超声波发射电路以PIC16F877为核心，当单片机上电时，单片机从RA0口产生40kHz的超声波信号，但是此时该信号无法通过与非门进入放大电路使超声波发射头发射超声波，只有闭合开关S1时，从RA1口发射出一门控信号，该信号的频率为4kHz，同时启动单片机内部的定时器TMR1，开始计数。
用于超声波测距发射及接收电路设计
以 保证
,
基 极 的 方 波 不 失真
。
起保 护 三 极 管 的 作 用 日 起 限 流 的作 用
、
。
及
的 匝数 为
,
设 接入 系 数
二
,
近似
。
等于Байду номын сангаас
与超 声 波 换 能器在 发 射 时 所 需 正 弦 信号 的 振 幅 之 比
,
当
,
较小 时 要求
能 输 出较 大 的 电流振 幅 这 时
。
,
应 取 小一 些
、
,
这 样 可 以 提 高发 射 功 率 和 接 收信 号 的质 量 后 减小 了 发 射与接 收 间 的影 响
,
。
加上
么
损 坏 电感 号及
。
、
、
的 参数 由 发 射 的 超 声 波 频 率 三 极 管 的 型
。
、
。
的 大 小决 定
偏小 时
,
口
输 出 的 方 波 祸合 到 三 极
,
管 的基 极 后 变 为 脉 宽较 窄 的 不 标 准 的 脉 冲波
,
,
以 下 不 会损 坏 接 收部 分 的 电路
。
在 发 射 时 发 射 电路 不 能 破坏 接 收 电 路
, ,
接 受 电 路也 不 能 影 响 发
、
射 在接 收信 号 时 由于信号 较 弱 应 尽 量减 少 由发 射 电路所造 成
的 对 信 号 的损 耗 我们 所设 计 的 电路 如 附 图 所 示 试 验 效 果 良好
用 于 超 声 肠 测 距发尉 及 拐 成 毋 路 计
在具 有超 声 波 测 距 功 能 的 仪器 设 备 中 用 于 驱 动 超声 波发 射
超声波测距专用集成电路LM1812
超声波测距专用集成电路LM1812LM1812超声波遥控专用集成电路LM1812是一种性能优良，且即能发送又能接收超声波的通用型超声波集成器件。
芯片内部包括：脉冲调制C类振荡器、高增益接收器、脉冲调制检测器及噪音抑制器。
它除了可用于遥控器、报警器、自动门控制及通信方面外，还可用于工业上的料位或液位的测量与控制、测距及测厚等方面，应用十分广泛。
（1）外形及引脚功能LM1812超声波专用器件外形为18脚双列直插塑料土封装形式，其外形及引脚排列见图1-1,相应引脚功能为；1脚第二增益级输出／振荡器端，6脚发射器输出端，7脚发射驱动器13脚外接电源退耦电容端，14脚检出器输出端，16脚输出驱动器端，17脚噪声控制端，18脚积分器复位时间常数控制端。
图1 -2为其内部原理框图。
（2）持点及电气参数1、特点LM1812具有如下特点：a、可以使用一个发送／接收换能器工作，也可使用两个换能器分别发送和接收超声波b、器件具有互换性。
c、在电路中使用时不用外接晶体管驱动。
d、使用时不用外接散热器。
e、器件内部具有保护电路。
检测器输出可驱动1A的峰值电流。
f、在水中测距超过30m，在空气中测距超过6m。
g、发送功率可达12W（峰值）。
2、电气参数表1-1和表1-2分别给出了LM1812超声波专用电路的极限工件参数和典型电气参数值表1-1 极限工作参数（3）工作原理LM1812第1脚外接L1、C1决定了电路发送或接收的工作频率，其工作频率fo＝1/（2π ）,最高可达325kHz。
当8脚为高电平时，L1、C1振荡槽路被切换为振荡模式，振荡信号经驱动放大后，由13脚及6脚输出（一般6、13脚之间接变压器，以便与超声波发送器阻抗匹配）。
为保证输出级不过载，使用时应在6脚测试一下电流，一般此脚峰值电流不能超过1A。
若需更大的功率，可采用外加脉冲放大器的方法来实现，输出电流可达5A；当8脚为高电平时、LM1812处于发送模式；8脚为低电平时，LM1812处于接收模式（8脚输入电流设计在1～10mA范围内）。
超声波测距仪硬件电路的设计
第三章超声波测距仪硬件电路的设计3.1 超声波测距仪硬件电路硬件电路可分为单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。
3.1.1 单片机系统及显示电路本系统采用AT89S52来实现对超声波传感器的控制。
单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。
计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
超声波测距的硬件示意图如图3所示：单片机采用89S52或其兼容系列。
采用12MHz高精度的晶振，已获得较稳定的时钟频率，减少测量误差。
单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHz的方波信号，利用外中断0口检测超声波接收电路输出的返回信号。
3.1.2 显示的输出显示的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到CRT显示器等，都可以与微机连接。
其中单片机应用系统最常用的显示是发光二极管数码显示器（简称LED显示器）。
液晶显示器简LCD。
LED显示器价廉，配置灵活，与单片接口方便，LCD可显示图形，但接口较复杂成本也较高。
该电路使用7段LED构成字型“8”，另外还有一个发光二极管显示符号及小数点。
这种显示器分共阳极和共阴极两种。
这里采用共阳极LED显示块的发光二极管阳极共接，如下图3-1所示，当某个发光二极管的阴极为低电平时，该发光二极管亮。
它的管脚配置如下图3-2所示。
VCC图3-1图3-2实际上要显示各种数字和字符，只需在各段二极管的阴极上加不同的电平，就可以得到不同的代码。
这些用来控制LED显示的不同电平代码称为字段码（也称段选码）。
如下表为七段LED的段选码。
表3-1 七段LED的段选码显示字符共阳极段选码dp gfedcba 显示字符共阳极段选码dp gfedcbaC0HA 88H1F9HB 83H2A4HC C6H3B0HD A1H499HE 86H592HF 8EH682HP 8CH7F8Hy 91H880H8. 00H990H“灭” FFH本系统显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，位码用PNP三极管8550驱动。
使用TA8141S做超声测距的应用电路
还没执行完之前，又会有下一个中断产生。所以，单片将会产生一个错误频率
的信号。往往这个错误的频率会比预期的值偏低。比如程序原本要产生一个
40KHz 的信号。实际单片机只能产生一个 20KHz 左右的信号。（金聚宝电子提供
的程序仅供参考）
40KHz 的信号可以用一个汇编语言子程序来产生。程序如下：
NAME CS_T ? PR? CS_T? CS_T SEGMENT CODE
PUBLIC CS_T
RSEG ?PR?CS_T?CS_T
CS_T:
PUSH ACC
MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H
MOV A, #4D
SETB TR0
CST_1:
CPL P1.0
郑州火车站中州商场 3 楼北厅 3438 号 电话:0371--66987238 13733178417 QQ:308894904 电子信箱: saxmcu@
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发射电路 下图是使用 ＴＡ８１４１Ｓ 作为超声波接收处理的典型电路，供参考。（当 ＴＡ８１４１Ｓ 接收到 ４０ＫＨｚ 的信号时，会在第 ８ 脚产生一个低电平下降脉冲，这个信 号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入）
大量提供 ＴＡ８１４１Ｓ 芯片：３ 元／只
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超声波语音测距报警电路
原理图PCB版图1 总体设计方案1.1 设计思路1.1.1超声波测距的设计思路超声波是指频率高于20KHz的机械波。
为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。
超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0MHZ晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。
利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。
超声波发生器可以分为两类：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。
本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。
1.12超声波测距原理发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。
由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，下表列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，则应通过温度补偿的方法加以校正。
表1 超声波波速与温度的关系表1.2 超声波测距原理框图根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距的系统框图如图1.2．设计原理分析2.1 系统组成2.1.1硬件部分主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。
超声波测距电路图及程序
//#include <AT892051.H>#include <AT89X51.H>#define k1 P2_0#define csbout P2_7 //超声波发送#define csbint P3_2 //超声波接收#define csbc 0.034#define DQ P3_0unsigned char opto,digit;unsigned xm1,xm2,xm0,xm3,xm4,key,jpjs;unsigned sx1,mqs,buffer[5];unsigned convert[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//0~9bit cl; //段码unsigned int s,t,i, xx,j,sj1,sj2,sj3,sx1;typedef unsigned char byte;typedef unsigned int word;void js();void delay(int i); //延时函数void scanLED(); //显示函数void allToBuffer(); //显示转换函数void keyscan();void offmsd();void delay1(word useconds);byte ow_reset(void);byte read_byte(void);void write_byte(char val);char Read_Temperature(void);void main() //主函数{EA=1; //中断允许TMOD=0x11; //设定时器0为计数，设定时器1定时ET0=1; //定时器0中断允许ET1=1; //定时器1中断允许TH0=0x00;TL0=0x00;TH1=0x9E; ///定时器T1置为25msTL1=0x57;csbint=1; //p3.2置位csbout=1; //p2.7置位cl=0;opto=0xff;jpjs=0;sj1=20;sj3=600;TR1=1;while(1){keyscan();if(jpjs<1){js();if(s>sj3){buffer[2]=0x00;buffer[1]=0x00;buffer[0]=0x00;}else if(s<sj1){buffer[2]=0x00;buffer[1]=0x00;buffer[0]=0x00;}else allToBuffer();}else allToBuffer(); //将值转换成LED段码offmsd();scanLED(); //显示函数}}void scanLED() //显示功能模块{digit=0x01;for( i=0; i<5; i++) //5位数显示{P0=~digit&opto; //依次显示各位数P1=buffer[i]; //显示数据送P1口delay(20); //延时处理if(!(P0&0xEF)) //判断5位是否显示完key=0;digit<<1; //循环左移1位}}void allToBuffer() //转换距离数码管功能模块{int temperature;xm0=s/100;xm1=(s-100*xm0)/10;xm2=s-100*xm0-10*xm1;buffer[2]=convert[xm2];buffer[1]=convert[xm1];buffer[0]=convert[xm0];temperature=Read_Temperature();xm3=temperature/10;xm4=temperature-10*xm3;buffer[4]=convert[xm4];buffer[3]=convert[xm3];}void delay(int i){while(--i);}void js(){int temprature;temprature=Read_Temperature();if(cl==1){TR1=0; //定时器1关闭TH0=0x00;TL0=0x00;//定时器0清零i=10;while(i--){csbout=!csbout;} //连续取反10次发射5个周期超声波TR0=1; //开启计数器t0i=mqs; //盲区while(i--){}i=0;while(csbint){i++;if(i>=2450) //上限值{csbint=0;}}TR0=0;TH1=0x9E;TL1=0x57;t=TH0;t=t*256+TL0;s=t*(csbc+0.61*temprature)/2;TR1=1;cl=0;}}void keyscan() //健盘处理函数{xx=0;if(k1!=1) // 判断开关是否按下{delay(400); //延时去抖动延时3.6msif(k1!=1) // 判断开关是否按下{while(!k1){delay(30);xx++;}if(xx>2000){jpjs++;if(jpjs>4)jpjs=0;}xx=0;mqs=65; //while循环一周期9us ,20cm需要等待65*9us }}}void offmsd(){if (buffer[0] == 0x3f)buffer[0] = 0x00;}//ds18b20的完整程序（c51）(sparkstar)//DS1820 C51 子程序//这里以11.0592M晶体为例，不同的晶体速度可能需要调整延时的时间//sbit DQ =P2^1;//根据实际情况定义端口//延时void delay1(word useconds){for(;useconds>0;useconds--);}//复位byte ow_reset(void){byte presence;DQ = 0; //pull DQ line lowdelay1(29); // leave it low for 480usDQ = 1; // allow line to return highdelay1(3); // wait for presencepresence = DQ; // get presence signaldelay1(25); // wait for end of timeslotreturn(presence); // presence signal returned} // 0=presence, 1 = no part//从1-wire 总线上读取一个字节byte read_byte(void){byte i;byte value = 0;for (i=8;i>0;i--){value>>=1;DQ = 0; // pull DQ low to start timeslotDQ = 1; // then return highdelay1(1); //for (i=0; i<3; i++);if(DQ)value|=0x80;delay1(6); // wait for rest of timeslot}return(value);}//向1-WIRE 总线上写一个字节void write_byte(char val){byte i;for (i=8; i>0; i--) // writes byte, one bit at a time {DQ = 0; // pull DQ low to start timeslotDQ = val&0x01;delay1(5); // hold value for remainder of timeslot DQ = 1;val=val/2;}delay1(5);}//读取温度char Read_Temperature(void){union{byte c[2];int x;}temp;ow_reset();write_byte(0xCC); // Skip ROMwrite_byte(0xBE); // Read Scratch Padtemp.c[1]=read_byte();temp.c[0]=read_byte();ow_reset();write_byte(0xCC); //Skip ROMwrite_byte(0x44); // Start Conversionreturn temp.x/2;}。
超声波测距电子电路设计详解
超声波测距电子电路设计详解在自主行走机器人系统中，机器人要实现在未知和不确定环境下行走，必须实时采集环境信息，以实现避障和导航，这必须依靠能实现感知环境信息的传感器系统来实现。
视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛应用。
由于超声波测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制，并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统，该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。
超声波测距原理超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。
当它的两极外加脉冲信号，且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，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两极间未加外电压，当共振板接收到超声波时，就成为超声波接收器。
超声波测距一般有两种方法：①取输出脉冲的平均电压值，该电压与距离成正比，测量电压即可测量距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，根据被测距离s=vt？2来得到测量距离，由于超声波速度v与温度有关，所以如果温度变化比较大，应通过温度补偿的方法加以校正。
本测量系统采用第二种方法，由于测量精度要求不是特别高，所以可以认为温度基本不变。
本系统以PIC16F877单片机为核心，通过软件编程实现其对外围电路的实时控制，并提供给外围电路所需的信号，包括频率振动信号、数据处理信号等，从而简化了外围电路，且移植性好。
系统硬件电路方框图见图1。
图1 系统硬件电路方框图由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物，并不需要知道障碍物与机器人的具体距离，因此不需要显示电路，只需要设定一距离阀值，使障碍物与机器人的距离达到某一值时，单片机控制机器人电机停转，这可通过软件编程实现。
超声波发射电路超声波发射电路以PIC16F877为核心，当单片机上电时，单片机从RA0口产生40kHz的超声波信号，但是此时该信号无法通过与非门进入放大电路使超声波发射头发射超声波，只有闭合开关S1时，从RA1口发射出一门控信号，该信号的频率为4kHz，同时启动单片机内部的定时器TMR1，开始计数。
自制不用单片机的超声波测距仪电路
自制不用单片机的超声波测距仪电路本超声波测距仪通过测量超声波发射到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离。
可以测量0.35-10m的距离。
本款是国外不使用单片机的超声波测距仪。
实物图如下：一、电路原理原理图如下：1 超声波发射电路由两块555集成电路组成。
IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。
条件: RA =9.1MΩ、RB=150KΩ、C=0.01μFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 msecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msecIC2组成超声波载波信号发生器。
由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止64ms。
计算公式如下：条件: RA =1.5KΩ、RB=15KΩ、C=1000pFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10μsecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsecf = 1/(TL + TH)= 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHzIC3（CD4069）组成超声波发射头驱动电路。
2 超声波接收电路超声波接收头和IC4组成超声波信号的检测和放大。
反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。
由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R10和R11进行分压，这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量，不至于产生信号失真。
用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路(附源程序)
基于51单片机的超声波测距仪说明书引言超声波测距仪，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
利用超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。
一、性能要求该超声波测距仪，要求测量范围在0.08-3.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
二、工作原理及方案论证超声波传感器及其测距原理超声波是指频率高于20KHz的机械波。
用超声波传感器产生超声波和接收超声波，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器.超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。
根据要求并综合各方面因素，采用AT89C52单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距仪的系统框图如下图所示：图1 超声波测距仪系统设计框图三、系统硬件部分硬件部分主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。
1.单片机系统及显示电路单片机采用AT89C52来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。
单片机通过P1.1引脚发射脉冲控制超声波的发送，然后单片机不停的检测外中断0口INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。
计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管驱动。
超声波测距
超声波测距超声测距该电子产品－超声测距仪是在按键的步进控制下实现在30cm～120cm的距离探测，并具有数码管实时显示探测距离值功能，设定距离值报警功能，手动调整报警范围等功能。
1.硬件电路原理设计该超声测距仪其硬件电路框图如图1所示（虚线框图电路不在机器内部PCB 电路板上）。
整个电路可分为电路板供电电路，超声波发射接收电路，控制、显示及报警电路三个大的部分。
交流220V的市电经经变压、整流滤波、稳压的处理后输出±12V和+5V的恒定直流电压供应整个电路各个部分电源使用。
脉冲产生电路产生的40KHz的脉冲信号经驱动电路驱动功率后进如超声波发射器，让其发出超声波。
超声波接收器接受到发射器发出的超声波信号后经信号方大、处理比较后进入单片机微控制器，单片机将进行计算分析后在数码管显示模块显示出当前测量距离值。
并与从按键处设定的报警上下限值进行比较，当超出其所设定值时，报警电路将启动，红色警报灯点亮。
图1 硬件电路框图下面将分别按照上面陈述的电路分三个部分进行分析，图2是其电路原理图图2 硬件电路原理图1.1 电路板供电电路设计电路板供电电路如图2所示，220V的市电经变压器变压后输出两路交流15V 电压，此电压经整流、滤波处理后输出±15V直流电压，分别经三端集成稳压芯片U1（7812）,U2（7912），输出恒定的+12V电压和-12V电压，这两路电压提供运放芯片所需电源及PCB板电路部分需要电压。
+12V电压经U3(7805)后输出恒定+5V电压，供应单片机、555芯片等芯片所需电源。
图2 电路板供电电路原理图1.2超声波发射接收模块设计超声波发射接收模块电路如图4所示，单片机PD7端口控制脉冲产生电路的启动与否，脉冲产生电路由555芯片接成多谐振荡器，选取合适的元器件参数，U4(555芯片)第三脚将输出40KHz的矩形波脉冲信号，此信号经反相器U5(CD4049)接成的驱动电路后进入超声波发射器，由电压信号转换为机械信号，发射出超声波。
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[转载]超声波测距原理图及程序原文地址：超声波测距原理图及程序作者：电子制作本超声波测距电路的单片机是AT89C51单片机，由四位数码管显示测量的距离，接收电路由CAX20106A组成，发射电路是74HC06组成。
#include<reg51.h>#include<math.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charlong int time;bit CLflag;char cshu;#define T12us (256-12)sbit VOLCK=P1^0;//接收从P3^2口输入，采用外部中断方式sbit S1=P2^1;sbit S2=P2^3;sbit S3=P2^5;sbit S4=P2^7;sbit alam=P3^7; //报警unsigned char number[5];unsigned char temp_number[5];unsigned char fr_alam; //报警频率控制计数unsigned char icont; //距离计数char code table[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x45,0xDF,0xD7}; //数字0-9的编码//{0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};void delay( int j){int i;for(i=0;i<j;i++);}void display(void){P0=~table[number[4]];S1=0;delay(200);S1=1;P0=~(table[number[3]]|0x20);S2=0;delay(200);S2=1;P0=~table[number[2]];S3=0;delay(200);S3=1;P0=~table[number[1]];S4=0;delay(200);S4=1;}void init_CTC(void ){TMOD = 0x21;ET0 = 0;}void init_INT( ){IP=0x01;TCON=0;}void main(){init_CTC( );init_INT( ); CLflag=1; cshu=0;IE=0x80; ET1=1; ET0=1;TR1=0; TR0=0;TL1=T12us; TH1=T12us; while(1){CLflag=0;cshu=0;EX0=0;TH1=T12us;TL1=T12us;TL0 = 0; TH0 = 0; VOLCK=0;TR1=1;while(cshu<20) ;TR1=0;TR0=1;EX0=1;display(); //调用显示// Distance_Frequency(); //调用距离频率转化程序fr_alam++; //程序执行次数加1 用于控制报警频率与距离成正比if(icont>0) //表示距离控制位达到报警时{if(fr_alam>=icont){fr_alam=0;alam=~alam; //蜂鸣器取反一次，即响一声}}else //不报警时{alam=1;}}}//=========距离与频率之间的转化============== void Distance_Frequency(void){//以下语句用于计算距离与报警的频率大小if(number[3]>0) //表示距离大于1米时，不报警icont=0;else //否则{if(number[2]>0) //小于1米时，但分米大于0时，报警频率与分米的数据成正比{switch(number[2]){case 9: icont=9; break;case 8: icont=8; break;case 7: icont=7; break;case 6: icont=6; break;case 5: icont=5; break;case 4: icont=4; break;case 3: icont=3; break;case 2: icont=2; break;case 1: icont=1; break;default: break;}}else //距离只在厘米时，高频率输出报警{if(number[1]>0)icont=1;elseicont=0;}}}void Timetojuli(void){long i;i=(long)time*170;temp_number[4]=i/10000000;i=i-temp_number[4]*10000000;temp_number[3]=i/1000000;i=i-temp_number[3]*1000000;temp_number[2]=i/100000;i=i-temp_number[2]*100000;temp_number[1]=i/10000;i=i-(long)temp_number[1]*10000;temp_number[0]=i/1000;//以下用于控制是否测到距离，如全为0，表明没有测到距离资料来源于网络，由电子小制作_我爱制作_电子DIY制作套件整理。
超声波测距仪电路
超声波测距仪电路发表于2017年9月27日在下面：传感器电路此处描述的电路使用超声波振荡，并基于这些振荡在空气中的传播速度进行操作。
因此，如果测量了波传播的时间，我们可以轻松确定两点的距离。
使用的距离测量方法主要分为三类：a）通过机械手段。
b）通过光学手段。
c）通过电子方式。
几乎所有方法都基于某种形式的辐射，例如无线电波，光，声音或红外辐射。
给定这些辐射的传播速率，距离测量就是确定从一个点到另一个点的波跃迁时间的问题。
红外辐射主要用于长距离（几千米的数量级），因为它相对容易形成。
如果距离超过100公里，则使用电子设备，但其效果受大气条件和能见度等因素影响。
随着空间技术的发展，激光系统已与电光系统结合使用，以确定人造卫星的地面和近海。
单击此处下载上述电路的完整尺寸。
超声波测距仪声音，超声波和其他已知的频率波动在空气中具有某个已知的传播速度。
因此，传播目标发射机之间的距离所需的时间反之亦然，可以用来确定距离。
发射的波向分子提供一个起始脉冲，该分子以与传播速度（厘米/秒）相同的频率运行。
反射接收的信号提供呼气脉冲。
这样，分子给出了波传播的距离。
当然，由于我们只需要过渡距离，因此有必要减小距离的距离。
下图显示了我们在功能图中描述的内容。
发射器，接收器，具有数字指针的分子和振荡器，被发射和接收的脉冲激发或中断。
电路原理图发送器由构成桥接电路的门N1和N2组成。
US1超声转换器连接在2端口输出之间，以确保它们之间的18V交替峰峰电压（使用9V 电源）。
N1还充当由N3激励和去激励的振荡器。
它的频率由R1决定，并取决于所用逆变器的类型。
在这种结构中，使用了40 kHz TCO，但其他TCO仍能令人满意地工作。
振荡器的频率设置为尽可能接近40kHz的R1，因为这是逆变器的最大效率频率。
由于电路的实验特性，接收器非常简单。
两个连续的公共发射机电路（T5，T6）放大US2接收到的信号。
当T7的基极电压小于电源电压（-6V）时，T7充当阈值检测器，即T7是P2转子中的交流电压从峰值到峰值大于1.2V时IC3周围还有一个振荡器（R17，R18，P3和C9）。
超声波测距(0.25-10m)
这里介绍一款国外的不使用单片机的超声波测距仪。
本超声波测距仪通过测量超声波发射到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离。
可以测量0.35-10m的距离。
实物图如下：原理图如下：一、电路原理1 超声波发射电路由两块555集成电路组成。
IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。
条件: RA =9.1MΩ、 RB=150KΩ、 C=0.01μFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 msecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msecIC2组成超声波载波信号发生器。
由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止64ms。
计算公式如下：条件: RA =1.5KΩ、 RB=15KΩ、 C=1000pFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10μsecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsecf = 1/(TL + TH)= 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHzIC3（CD4069）组成超声波发射头驱动电路。
2 超声波接收电路超声波接收头和IC4组成超声波信号的检测和放大。
反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。
由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R10和R11进行分压，这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量，不至于产生信号失真。
超声波测距电路图
超声波测距电路图超声波测距电路原理和制作由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
二、超声波测距原理1、超声波发生器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；机械方式有加尔统笛、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。
2、压电式超声波发生器原理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，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
3、超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2图1超声波传感器结构这就是所谓的时间差测距法。
#用51单片机设计超声波测距系统的设计原理和电路(附源程序)
基于51单片机的超声波测距仪说明书引言超声波测距仪，可使用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
利用超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。
一、性能要求该超声波测距仪，要求测量范围在0.08-3.00m，测量精度1cm，测量时和被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
二、工作原理及方案论证超声波传感器及其测距原理超声波是指频率高于20KHz的机械波。
用超声波传感器产生超声波和接收超声波，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器.超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源和障碍物之间的距离。
根据要求并综合各方面因素，采用AT89C52单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距仪的系统框图如下图所示：图1 超声波测距仪系统设计框图三、系统硬件部分硬件部分主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。
1.单片机系统及显示电路单片机采用AT89C52来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。
单片机通过P1.1引脚发射脉冲控制超声波的发送，然后单片机不停的检测外中断0口INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。
计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器和障碍物之间的距离。
显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管驱动。
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超声波测距电路图
超声波测距电路原理和制作
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
二、超声波测距原理
1、超声波发生器
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；机械方式有加尔统笛、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。
2、压电式超声波发生器原理
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，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
3、超声波测距原理
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2
图1 超声波传感器结构
这就是所谓的时间差测距法。
<
三、超声波测距系统的电路设计
图2 超声波测距电路原理图
本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用8751，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。
电路原理图如图2所示。
其中只画出前方测距电路的接线图，左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同，故省略之。
1、40kHz 脉冲的产生与超声波发射
测距系统中的超声波传感器采用UCM40的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz的脉冲信号，这由单片机执行下面程序来产生。
puzel：mov 14h, #12h；超声波发射持续200ms
here：cpl p1.0 ；输出40kHz方波
nop ；
nop ；
nop ；
djnz 14h，here；
ret
前方测距电路的输入端接单片机P1.0端口，单片机执行上面的程序后，在P1.0 端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头UCM40T，发出40kHz 的脉冲超声波，且持续发射200ms。
右侧和左侧测距电路的输入端分别接P1.1和P1.2端口，工作原理与前方测距电路相同。
2、超声波的接收与处理
接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2。
IC2是带有锁定环的音频译码集成块LM567，内部的压控振荡器的中心频率f0=1/1.1R8C3，电容C4决定其锁定带宽。
调节R8在发射的载频上，则LM567输入信号大于25mV，输出端8脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。
前方测距电路
的输出端接单片机INT0端口，中断优先级最高，左、右测距电路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1端口，同时单片机P1.3和P1.4接到IC3A的输入端，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。
部分源程序如下：
receive1：push psw
push aCC
clr ex1 ；关外部中断1
jnb p1.1, right ；P1.1引脚为0,转至右测距电路中断服务程序
jnb p1.2, left ；P1.2引脚为0,转至左测距电路中断服务程序
return：SETB EX1；开外部中断1
pop? acc
pop? psw
reti
right： ...? ；右测距电路中断服务程序入口
ajmp? return
left：... ；左测距电路中断服务程序入口
ajmp? return
3、计算超声波传播时间
在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射
波的时间。
当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。
其部分源程序如下：
RECEIVE0：PUSH PSW
PUSH ACC
CLR EX0 ；关外部中断0
MOV R7, TH0 ；读取时间值
MOV R6, TL0?
CLR C
MOV A, R6
SUBB A, #0BBH；计算时间差
MOV 31H, A ；存储结果
MOV A, R7
SUBB A, #3CH
MOV 30H, A?
SETB EX0 ；开外部中断0
POP ACC?
POP PSW
RETI
四、超声波测距系统的软件设计
软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图3（a）（b）(c) 所示。
主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。
定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。
五、结论
对所要求测量范围30cm~200cm内的平面物体做了多次测量发现，其最大误差为0.5cm，且重复性好。
可见基于单片机设计的超声波测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。
因此，它不仅可用于移动机器人，还可用在其它检测系统中。
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