【文章內容簡介】 某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。 數碼管邏輯功能圖 超聲波發(fā)射電路。，另一極經兩級反向器后送到超聲波傳感器的另一個電極，用這種推挽的形式將方波信號加到超聲波傳感器的兩端可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅動能力。上拉電阻RR11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力；另一方面可以增加超聲波傳感器的阻尼效果，以縮短起自由振蕩的時間。 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波傳感器構成，74LS04是一個高速CMOS六反相器，具有放大作用。； 反向器74LS04引腳圖 反向器74LS04邏輯圖引腳端符號1A6A 輸入端1Y6Y 輸出端壓電式超聲波傳感器是利用壓電晶體的諧振來工作的。，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收傳感器。超聲波發(fā)射轉換器與接收轉換器其結構稍有不同，器件上有不同的標志。超聲波探頭主要技術參數①中心頻率:40177。1KHz②超聲波探頭反射靈敏度:.③.④指向性:水平探測角度(6dB)120177。10176。,垂直探測角度(6dB)60177。10176。⑤絕緣阻抗:100MΩ.(100V DC)⑥最大輸入電壓:140Vpp Max.(正弦波,40KHZ,間隔時間100msec.).⑦工作溫度:30℃～85℃儲存溫度:40℃～85℃ 超聲波傳感器內部結構圖 超聲波檢測接收電路集成電路CX20106A是一款紅外接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。由于紅外遙控的載波頻率38khz與測距的超聲波頻率40khz較為接近，可以利用它制作超聲波的接收電路。CX20106A接收超聲波具有很高的靈敏度和抗干擾能力，其內部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成?？梢岳盟鳛槌暡z測電路。接收的回波信號先經過前置放大器和限幅放大器，將信號調整到合適的幅值；再經過帶通濾波器濾波得到有用信號，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實現準確的計時。 超聲波檢測接收電路圖CX20106A接收超聲波具有很高的靈敏度和抗干擾能力，適當地改變電容C4的大小，可以改變超聲波檢測接收電路的靈敏度和抗干擾能力。 CX20106A引腳圖CX20106A的引腳功能：1腳：超聲信號輸入端。2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網絡，它們是負反饋串聯(lián)網絡的一個組成部分，改變它們的數值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R或減小C,將使負反饋量增大，放大倍數下降，反之則放大倍數增大。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作。4腳：接地端。5腳：該腳與電源間接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率f0 ，阻值越大，中心頻率越低。6腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產生下降。8腳：電源正極，～5V。 超聲波的硬件電路設計超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用STC89C52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。，利用外中斷0口檢測超聲波接收電路輸出的返回信號。超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構成，超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成,顯示電路采用簡單實用的LED數碼管顯示。超聲波硬件電路圖如附錄1所示。4 系統(tǒng)軟件設計超聲波測距器的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。由于C語言程序有利于實現較復雜是算法，匯編語言程序則具有較高的效率并且容易精確計算程序運行的時間，而超聲波測距器的程序既有較復雜的計算（計算距離時），有要求精確計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。 超聲波測距器的算法設計，即超聲波發(fā)生器T在某以時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就會被超聲波接收器R接收到。這樣，只有計算出從發(fā)出超聲波信號到接收返信號所用的時間，就可以計算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。該距離計算公式如下: （41） 超聲波測距原理圖其中：為被測物與測距器的距離；為聲波的來回路程；為聲速；為聲波來回所用的時間。超聲波也是一種聲波,其聲速與溫度有關。在使用時，如果聲速變化不大，則可認為聲速是基本不變的。 不同溫度下超聲波聲速表溫度/3020100102030100聲速/m/s313319325323338344349386 主程序設計主程序首先要對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器T0工作模式為16位定時/計數器模式，置位總中斷允許EA并對顯示端口P0和P2清零；然后調用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖。為了避免超聲波從發(fā)射直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，后才打開外中斷點接收返回的超聲波信號。由于采用的12MHz的晶振，計數器每計一個數就是1us，所以當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器T0的數（即超聲波來回所用的時間）按式（41）計算，即可得被測物體與測距器之間的距離。設計時取20℃時的聲速為344m/s，則有 (42)其中：T0為計數器T0的計數值。 測出距離后，然后再發(fā)送超聲波脈沖重復測量過程。 主程序流程圖 超聲波發(fā)生子程序和接收中斷程序 超聲波發(fā)射子程序流程圖 如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中關閉，并將測距成功標志字賦值2，以表示本次測距不成功。（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數器T0打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序比較簡單，但要求程序運行時間準確，所以采用匯編語言編程。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦收到返回超聲波信號（即INT0腳出現低電平），立即進入超聲波接收中斷程序。進入中斷后，就立即關閉計時器T0，停止計時，并將測距成功標志字賦值1。5 調試及性能分析 調試超聲波發(fā)射和接收采用15的超聲波換能TCT4010F1（發(fā)送）TCT4010S1（接收），中心頻率40kHz,安裝時應保持兩換能器中心軸平行并相距48cm。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據測量范圍要求不同，可適當地調整與接收換能器連接的濾波電容C20的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 性能分析根據系統(tǒng)電路參