基于超声波传感器测距系统_四川大学测控系
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3测温电路
测温电路主要是为单片机提供温度参数，根据声速在空气中的传播特性，（见超声波简介）。为满足课程设计的精度要求，该系统必须配备测量温度的电路，测温电路由DS18B20专用芯片来测定。
电路如图8
我们知道，人类耳朵能听到的声波频率为20～20000Hz，由于超声波的下限频率超过了人的听觉上限（20000Hz），故而得名超声波。也就是说，超声波是频率高于20000赫兹的声波.
超声波用许多特性：
1超声波在传播时，方向性强，能量易于集中.
2超声波能在各种不百度文库媒质中传播，且可传播足够远的距离.
3超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（可用于医学成像等领域）.
二 硬件系统设计
硬件系统是整个测距功能实现的基础。如果把一个系统比作人，那么硬件系统就是人的“肉体”，软件系统是人的“灵魂”。
如图2（见附件1），这是我们使用的超声波测距系统的完整电路图，图3（见附件2），这是该电路图的PCB电路板。
该系统主要包括以下几个模块：超声波发射电路，超声波接受电路，测温电路，显示电路，其他辅助性电路子模块等。
CX20106部由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成。工作过程如下：接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适幅值的矩形脉冲，由滤波器进行频率选择，滤除干扰信号，再经整形，送给输出端7脚。当接收到与CX20106滤波器中心频率相符的回波信号时，其输出端7脚就输出低电平，而输出端7脚直接接到STC89C52的INT0引脚上，以触发中断。
1发射电路
声波在空气中，频率越高，功率越大，精度越高，但是在空气中衰减的就越快；相反，频率越低，功率越小，空气中衰减的就越慢，但误差大。综合考虑75 kHz、40 kHz、25 kHz，取40 kHz可以较好地解决这个矛盾．试验表明，超声波接收信号时的形状与接收时强度无 。
发射电路的选择有多种方式，以下是几种方案的讨论：
3测距原理
根据公式s= v×t可知，只要知道速度v和声波在空气中行走的时间t，相乘即可得到距离s.
简化声波在空气中速度v与温度的关系，有 v=331.5+0.607 t．在O℃ 时v=331.5 m/s．常温20℃ 时v=343.64 m／s．因温度所引起的速度影响将在软件里处理(具体处理方法见后)．
一超声波测距的原理
超声波测距在使用中不受光线、电磁波、粉尘等因素的影响，且成本低，速度快，检测元件可以不与被测介质接触，可测围广，安装维护方便等诸多优点；所以超声波测距系统被应用到越来越多的领域，如汽车倒车报警装置，移动机器人自动避障功能，液位检测，工业现场测距等等。
1超声波简介
超声波是一种机械波，也是一种纵波；超声波的传播需要介质，比如：水，空气，固体等.
电路如图6
优点：驱动能力较强，电路相对简单
该测距系统中选用发射电路3.
图6 超声波测距系统发射电路
2接受电路
超声波接收电路的作用是让反射回波能顺利地被超声波接收传感器接收且转换成电信号，并对此信号进行放大、滤波、整形后得到一个负脉冲送到单片机P3.2引脚(即INT0，T0计数器)，以产生一个中断。
本系统中的接受电路如图7
图5 发射电路2
优点：电路相对简单
缺点：三极管放大效果不是很好，频率不是很稳定。
3发射电路3
本系统中，超声波发射电路的作用是让超声波发生传感器向外界发出40kHz的方波脉冲信号，通过给单片机编程，输出该脉冲信号。由于单片机端口输出功率不够， 端口输出的40khz方波信号要经过放大，整形电路。
输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R1和R2一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时问。
正是由于超声波良好的方向性和能量的集中度，所有超声波才被用于测距领域.
2超声波传感器
超声波传感器有两种形式，分别对应于超声波的发射和接受。其工作原理分为两大类：用电气方式和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。目前常用的是压电式超声波发发生器.
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。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，产生超声波.
超声波传感器接收器为逆压电效应，但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，就成为超声波接收器.
1发射电路1
发射电路由单片机的IO口产生方波脉冲，由电路放大后，驱动超声波换能器产生超声波。由单片机IO 口发出40KHz的方波，最终驱动换能器产生超声波，系统电路图如图4
图4 发射电路1
优点：电路简单方便，便于连线，便于调试。
缺点：频率不够稳定，功率较小，发射距离近。
2发射电路2
单片机的P1.1口控制器是否工作，晶体管组成反馈式稳频震荡电路，经过Q2的基极做进一步的放大，经过多次循环形成电路震荡，超声波发射探头两端为40KHZ的方波，推动超声探头产生40KHZ的超声波。电路如图5
测定超声波被障碍物反射接收时刻与超声波发出时刻差值t，此t即为声波在空气中的传播时间．在本文中利用STC89C52单片机的T0计时器计时，通过软件处理得距离s= .
系统结构框图如图1
DSI8B20温度传感器将实时的测量工作环境温度，并送入单片机中，作为声速v的参数指标。
数码管通过软件计算后，见距离显示出来，达到测距的目的（具体电路见下文）。
图7 超声波测距系统接受电路
本系统中采用CXA20106A用于超声波的接收。CX20106是一款应用广泛的红外线检波接收的专用芯片，其具有功能强、性能优越、外围接口简单、成本低等优点， 由于红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz比较接近，而且CX20106部设置的滤波器中心频率．f0可由其5脚外接电阻调节，阻值越大中心频率越低，围为3O～60 kHz。故本次设计用它来做接收电路。
测温电路主要是为单片机提供温度参数，根据声速在空气中的传播特性，（见超声波简介）。为满足课程设计的精度要求，该系统必须配备测量温度的电路，测温电路由DS18B20专用芯片来测定。
电路如图8
我们知道，人类耳朵能听到的声波频率为20～20000Hz，由于超声波的下限频率超过了人的听觉上限（20000Hz），故而得名超声波。也就是说，超声波是频率高于20000赫兹的声波.
超声波用许多特性：
1超声波在传播时，方向性强，能量易于集中.
2超声波能在各种不百度文库媒质中传播，且可传播足够远的距离.
3超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（可用于医学成像等领域）.
二 硬件系统设计
硬件系统是整个测距功能实现的基础。如果把一个系统比作人，那么硬件系统就是人的“肉体”，软件系统是人的“灵魂”。
如图2（见附件1），这是我们使用的超声波测距系统的完整电路图，图3（见附件2），这是该电路图的PCB电路板。
该系统主要包括以下几个模块：超声波发射电路，超声波接受电路，测温电路，显示电路，其他辅助性电路子模块等。
CX20106部由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成。工作过程如下：接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适幅值的矩形脉冲，由滤波器进行频率选择，滤除干扰信号，再经整形，送给输出端7脚。当接收到与CX20106滤波器中心频率相符的回波信号时，其输出端7脚就输出低电平，而输出端7脚直接接到STC89C52的INT0引脚上，以触发中断。
1发射电路
声波在空气中，频率越高，功率越大，精度越高，但是在空气中衰减的就越快；相反，频率越低，功率越小，空气中衰减的就越慢，但误差大。综合考虑75 kHz、40 kHz、25 kHz，取40 kHz可以较好地解决这个矛盾．试验表明，超声波接收信号时的形状与接收时强度无 。
发射电路的选择有多种方式，以下是几种方案的讨论：
3测距原理
根据公式s= v×t可知，只要知道速度v和声波在空气中行走的时间t，相乘即可得到距离s.
简化声波在空气中速度v与温度的关系，有 v=331.5+0.607 t．在O℃ 时v=331.5 m/s．常温20℃ 时v=343.64 m／s．因温度所引起的速度影响将在软件里处理(具体处理方法见后)．
一超声波测距的原理
超声波测距在使用中不受光线、电磁波、粉尘等因素的影响，且成本低，速度快，检测元件可以不与被测介质接触，可测围广，安装维护方便等诸多优点；所以超声波测距系统被应用到越来越多的领域，如汽车倒车报警装置，移动机器人自动避障功能，液位检测，工业现场测距等等。
1超声波简介
超声波是一种机械波，也是一种纵波；超声波的传播需要介质，比如：水，空气，固体等.
电路如图6
优点：驱动能力较强，电路相对简单
该测距系统中选用发射电路3.
图6 超声波测距系统发射电路
2接受电路
超声波接收电路的作用是让反射回波能顺利地被超声波接收传感器接收且转换成电信号，并对此信号进行放大、滤波、整形后得到一个负脉冲送到单片机P3.2引脚(即INT0，T0计数器)，以产生一个中断。
本系统中的接受电路如图7
图5 发射电路2
优点：电路相对简单
缺点：三极管放大效果不是很好，频率不是很稳定。
3发射电路3
本系统中，超声波发射电路的作用是让超声波发生传感器向外界发出40kHz的方波脉冲信号，通过给单片机编程，输出该脉冲信号。由于单片机端口输出功率不够， 端口输出的40khz方波信号要经过放大，整形电路。
输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R1和R2一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时问。
正是由于超声波良好的方向性和能量的集中度，所有超声波才被用于测距领域.
2超声波传感器
超声波传感器有两种形式，分别对应于超声波的发射和接受。其工作原理分为两大类：用电气方式和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。目前常用的是压电式超声波发发生器.
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。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，产生超声波.
超声波传感器接收器为逆压电效应，但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，就成为超声波接收器.
1发射电路1
发射电路由单片机的IO口产生方波脉冲，由电路放大后，驱动超声波换能器产生超声波。由单片机IO 口发出40KHz的方波，最终驱动换能器产生超声波，系统电路图如图4
图4 发射电路1
优点：电路简单方便，便于连线，便于调试。
缺点：频率不够稳定，功率较小，发射距离近。
2发射电路2
单片机的P1.1口控制器是否工作，晶体管组成反馈式稳频震荡电路，经过Q2的基极做进一步的放大，经过多次循环形成电路震荡，超声波发射探头两端为40KHZ的方波，推动超声探头产生40KHZ的超声波。电路如图5
测定超声波被障碍物反射接收时刻与超声波发出时刻差值t，此t即为声波在空气中的传播时间．在本文中利用STC89C52单片机的T0计时器计时，通过软件处理得距离s= .
系统结构框图如图1
DSI8B20温度传感器将实时的测量工作环境温度，并送入单片机中，作为声速v的参数指标。
数码管通过软件计算后，见距离显示出来，达到测距的目的（具体电路见下文）。
图7 超声波测距系统接受电路
本系统中采用CXA20106A用于超声波的接收。CX20106是一款应用广泛的红外线检波接收的专用芯片，其具有功能强、性能优越、外围接口简单、成本低等优点， 由于红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz比较接近，而且CX20106部设置的滤波器中心频率．f0可由其5脚外接电阻调节，阻值越大中心频率越低，围为3O～60 kHz。故本次设计用它来做接收电路。