基于單片機的超聲波測距電路設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-24 20:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖1 超聲波測距系統(tǒng)總體框架4 超聲波測距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)的特點是利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時，單片機選用AT89S51，經(jīng)濟易用，且片內(nèi)有4K的ROM，便于編程。硬件電路的設(shè)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AT89S51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口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS245驅(qū)動，位碼用PNP三極管9012驅(qū)動。 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖2所示。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。圖2超聲波發(fā)射電路原理圖壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間沒有外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片做振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 超聲波檢測接收電路接收電路中使用芯片CX20106A，集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖3)。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C9的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖3 超聲波檢測接收電路 數(shù)據(jù)顯示部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示電路采用簡單的4位共陽極LED數(shù)碼管，如圖4所示。在設(shè)計之初我們給測距系統(tǒng)設(shè)計了兩種顯示電路，一種是數(shù)碼管顯示的人機接口；另一種是LCD字符型液晶屏顯示接口，可以根據(jù)需求通過修改接口電路和部分程序，以使其通過不同的媒介顯示相關(guān)信息。在本課題中，經(jīng)過我們的商量，在考慮經(jīng)濟性和復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，我們決定用4位共陽極數(shù)碼管實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示的，顯示電路采用的4位共陽極LED數(shù)碼管，段碼用74LS245驅(qū)動，位碼用PNP三極管QQQQ4驅(qū)動。通過單片機的24，25，26，27四個管腳的信號控制四個三極管的基級，利用三極管的開關(guān)特性，實現(xiàn)數(shù)碼管的點亮，從而實現(xiàn)動態(tài)顯示，顯示精度是1cm。圖4 顯示電路5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計超聲波測距儀的軟件設(shè)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。程序流程如圖5所示。其工作流程是：上電后首先對系統(tǒng)進行初始化，緊接著調(diào)用顯示子程序，顯示完后判斷有沒有超聲波被接收，若有，則停止計時并將計時值送入距離計算子程序，然后將所測距離顯示1秒，最后返回進行下一輪測量；若沒有信號進來，則繼續(xù)調(diào)用顯示子程序。其流程圖如圖6所示。開 始系統(tǒng)初始化發(fā)送超聲波脈沖等待發(fā)送超聲波計算距離系統(tǒng)初始化開始顯示初始化串行口控制命令？進入測距程序存儲數(shù)據(jù)刷新顯示NY圖5 軟件設(shè)計流程框圖 圖6工作流程圖 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖7所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作。主程序
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