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1、一、超声波测距原理超声波测距的原理是，通过超声波发射器向某个方向发射超声波，在发射时刻同时开始计时，超声波在空气中传播后，与障碍物碰撞后马上返回，超声波接收器接收到反射波后马上停止计时。 设超声波在空气中的传播速度为v，根据由计时器记录的收发回波的时间差t，能够计算出发送点与障碍物之间的距离s、S=vt /2 这是所谓的时间差测距法。因为超声波也是声波，所以声速c依赖于温度，表1显示了几个不同温度下的声速。 可以认为，使用时如果温度变化不大，音速几乎不会变化。 常温下超声波的传播速度为334米/秒，其传播速度v容易受到空气中的温度、湿度、压力等的影响，其中温度的影响大，例如温度每上升1 ，声速

2、就增加约0. 6米/秒。 测距精度高时，必须用温度补偿的方法进行补偿(本系统是采用温度补偿的方法)。 在现场环境温度t已知的情况下，超声波传播速度v的计算式如下V=331.45 0.607T 音速决定后，测量超声波往返的时间就能求出距离。 这就是超声波测距仪的机制。二、系统硬件电路设计图2是超声波测距仪系统的框图基于单片机的超声波测距仪的方框图如图2所示。 该系统由单片机的计时器为40KHZ的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等组成。 单片机是整个系统的核心部件，协调控制各部分电路的工作。 工作过程：接通电源，将单片机复位，单片机输出载波向超声波传感器施加40kHz的10个脉冲信号

3、，使超声波发射器发射超声波。 当第一个超声波脉冲组发送结束时，单片机内的计数器开始计数，在检测到第一个回波脉冲的瞬间计数器停止计数，得到从发送到接收的时间差t . 以下，分别介绍各部分的电路1 .超声波发送电路如图3所示，超声波发送电路89C51经由外部端子P1.0，经由超声波驱动电路，以推挽方式向超声波传感器施加脉冲宽度250s、40kHz的10条脉冲列，发送超声波。 因为超声波的传播距离与其振幅成比例，所以为了充分离开测距范围，可以对振荡信号进行功率放大并施加到超声波传感器上。图3中的t是超声波传感器，是超声波测距系统中的重要器件。 利用逆压电效应，把施加的电信号转换为超声波机械波，放射到

4、外部的压电效应，把作用于其的机械振动转换为电信号，发挥能量转换的作用。 市售的超声波传感器有兼用作专用型的类型，专用型作为发送器的超声波，接收器作为接收超声波使用。 兼用型是收发一体，传感头只有一个，具有收发声波的双重作用，被称为可逆元件。图3超声波发送电路超声波传感器的结构超声波发生器t是超声波频率电子振荡器，当把振荡器产生的超声波频率电压施加到超声波换能器的压电陶瓷上时，压电陶瓷模块因电场而产生纵向振动。 压电模块在超声波振动时，像小活塞一样振幅小(1 10. 2) Lm左右，但该振动加速度大(10 103 ) g n左右，将电磁振动能量转换成振动能量，该巨大的超声波能量向特定的方向传播。

5、 其关键技术是使超声波束变细，不受到测量对象以外的结构物的影响。 超声波传感器是产生超声波所需的能量转换装置，将超声波的电磁振动的能量转换成声波。 根据上述超声波交换能量结构，配备了适当的收发电路，传递超声波能量的方向性，并按预期接收反射波，可以实现超声波遥控器、测距、防盗等检查功能。2 .超声波接收电路超声波接收和信号处理电路是该系统的设计和调试难点。 超声波接收器需要把反射的超声波转换成40KHz毫安级的电压信号，并触发放大、处理和单片机的中断INT0。 另一方面，传感器输出信号微弱的同时，根据反射条件，信号的大小发生很大变化，放大倍率需要约为1005000倍。 另一方面，传感器输出阻抗大

6、，需要高输入阻抗的多级放大电路，引入了两个问题：在高输入阻抗容易接收干扰信号的同时，多级放大电路容易自振荡。 最后参考各种资料选择了SONY公司的专用前置放大器CX20106，取得了较好的效果。CX20106由：前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整数电路构成。 其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收远处的反射信号并输出微弱电压时放大器的增益高，近距离输入信号强时放大器不会过载。 可通过芯片引脚5的外接电阻调节该带通滤波器的中心频率。 其主要指标：单电源5V供电，电压增益77 - 79DB，输入阻抗27 K，滤波器中心频率30 K- 60 KHz。 功

7、能可以描述当：接收到与滤波器的中心频率一致的信号时，其输出脚7输出低电平。 芯片内的带通滤波器、积分器等抗干扰能力强。CX20106采用8脚单线式塑料封装，图4所示为内部结构框图。 超声波接收器能够将从接收到的发送电路发送的红外光信号从几十伏特转换为数百伏特的电信号，发送到CX20106的脚，CX20106的总放大增益约为80dB，并且从脚输出的控制脉冲序列信号的振幅在3.55V的范围内总增益的大小由与脚外接的R1、C1决定，R1越小或C1越大，增益越高。 C1的值过大时，频率响应变差，通常为1uf。 C2是检波电容，一般为3.3uf。 CX20106采用峰值检测方式，c-2容量大时成为平均值

8、检测，过渡响应灵敏度低，c-2小时成为峰值检测，尽管过渡响应灵敏度高，但检测输出脉冲宽度却大幅度变动，容易引起解调错误而误动作。 R2是带通滤波器的中心频率f0的外部电阻，可以改变R2的电阻值，该电阻改变载波信号的接收频率。如果f0偏离载波频率，则放大增益显着降低脚为输出端，CX20106处理过的脉冲信号脚输出到单片机进行处理，获得显示输出。图4 CX20106的内部结构框图适用于本系统的接收电路参照图5，89c 51的P1.7为高电平时三级管V1导通，5V电源通过继电器线圈和V1的发射接地，继电器K1导通，R2和R3并联地用C1构成RC电路，红外线接收专用集成电路CX20106的增益此外，该

9、芯片的价格为35元，非常节省系统成本。图5超声波接收电路3 .距离显示电路图6显示电路超声波显示电路如图6所示。 是由单片机实现的串行输出. 只用单片机的TXD、RXD端子就能显示数字。三、软件程序设计该系统采用模块设计，由主程序、发送子例程、接收子例程、定时子例程、显示子例程等的模块构成，图8是程序流程图。 该系统的主程序是键组方式，当按下测定键时，主程序调用发送子程序、询问接收子程序、定时子程序，通过显示子程序在数字显示器上显示测定结果。图9是图8的软件程序框图计时器中断子例程。外部中断服务子例程四、具体步骤#include#include/*数据类型的定义*/#define uint u

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