【文章內(nèi)容簡介】 位特性，或者二者兼有。這種方法可用到達(dá)比較高的精度。但是，必須對回波進(jìn)行A／D變換并進(jìn)行FFT分析等運(yùn)算，因此要求系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)FFT運(yùn)算功能。 方案選擇 通過分析，相位法雖然能較精確的測得距離，但其系統(tǒng)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來較為困難。渡越時(shí)間法無論是硬件還是軟件實(shí)現(xiàn)都比較容易，如果加上溫度補(bǔ)償電路等改進(jìn)措施后，能達(dá)到比較高的測量精度，可以滿足本次設(shè)計(jì)的要求。其他幾種測距方法都有各自的要求或局限性，實(shí)現(xiàn)并不容易。所以，最終選擇渡越時(shí)間法作為最終方案。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主要技術(shù)指標(biāo) 量程：30～200cm； 電源：5V DC； 超聲波頻率：40kHz； 測量誤差：177。2cm； 顯示方式：數(shù)碼管顯示。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為中央處理器，采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)和控制。超聲波接收部分使用CX20106A作為接收主控制芯片，收到信號(hào)后輸出端輸出低電平給INTT0口，接收成功，停止計(jì)時(shí)。顯示部分采用四位LED數(shù)碼顯示管顯示距離。 超聲波測距器的系統(tǒng)框圖如圖21所示接收探頭驅(qū)動(dòng)電路發(fā)射探頭數(shù)碼管顯示AT98C51單片機(jī)(計(jì)時(shí)及計(jì)算)信號(hào)放大,脈沖整形,帶通濾波發(fā)射接收確認(rèn)收到回波單片機(jī)產(chǎn)生40KHz方波信號(hào)最終測量結(jié)果圖 2 1 超聲波發(fā)射電路 單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)發(fā)送40kHz信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路有兩種，分別是采用反相器74LS04和三極管9012放大驅(qū)動(dòng)，使超聲波發(fā)射探頭共振，發(fā)出40kHz的超聲波信號(hào)。本次設(shè)計(jì)采用的是后者。 采用74LS04驅(qū)動(dòng)發(fā)射電路 發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波探頭構(gòu)成，一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級反相器后送到超聲波換能器的另一端，用這種形式可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻一方面提高反相器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增強(qiáng)超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。電路原理圖如圖22所示。圖 2 2 采用9012三極管驅(qū)動(dòng)發(fā)射電路 該電路超聲波發(fā)送模塊是使用9012三極管做為驅(qū)動(dòng)放大，另一端接集電極，R8提高驅(qū)動(dòng)能力，通過調(diào)試電阻可以加大超聲波的發(fā)射功率，從而提高測距距離。電路如圖23所示。圖 2 – 3 超聲波發(fā)射電路 接收電路 CX20106A是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外遙控系統(tǒng)中作接收預(yù)放用的雙極型集成電路，可用來代換多種型號(hào)的遙控接收集成電路。集成電路CX20106A可用來完成信號(hào)的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形等功能?？梢员ＷC在超聲波傳感器接收較遠(yuǎn)反射信號(hào)輸出微弱電壓時(shí)，放大器有較高的增益，在近距離輸入信號(hào)強(qiáng)時(shí)放大器不會(huì)過載。其帶通濾波器中心頻率可由芯片腳5的外接電阻調(diào)節(jié)，不需要外接電感，可避免外磁場對電路的干擾，可靠性較高。 當(dāng)超聲波接收頭收到發(fā)射信號(hào)時(shí)，便通過CX20106進(jìn)行前置放大、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波和比較、積分及施密特觸發(fā)比較得到解調(diào)處理后的信號(hào)。7腳為信號(hào)輸出口，沒收到信號(hào)時(shí)為高電平，收到后變?yōu)榈碗娖剑笥只謴?fù)高電平。圖 2 – 4 超聲波接收電路 顯示電路 顯示電路采用4位共陽極數(shù)碼管顯示。用74LS07和74LS245驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，～,～。電路如圖25所示。圖 2 53超聲波測距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和仿真 總體設(shè)計(jì) 超聲波測距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷子程序及顯示子程序。 主程序 首先對系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時(shí)器的初值和工作方式，使總中斷允許位=1，并給顯示端口清0，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需要延時(shí)一段時(shí)間后才打開INT0中斷，并且開始等待接收到的回波和中斷信號(hào)，若接收到回波（INT0引腳出現(xiàn)低電平），計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，保存時(shí)間信息，計(jì)算出當(dāng)前距離后儲(chǔ)存，并調(diào)用顯示子程序, 結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式傳送到LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。晶振為12Mhz，所以機(jī)器周期為1微秒。主程序流程圖如圖31所示：開始調(diào)用顯示子程序，顯示距離超聲波發(fā)射，計(jì)時(shí)開始計(jì)算路程時(shí)間初始化開始等待接受回波 NY圖 3 1 超聲波發(fā)射子程序 本設(shè)計(jì)由軟件產(chǎn)生40kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)：void fasong(uchar gs) { while(gs) { P1_0 = 1。 nop()。nop()。nop()。nop()。 nop()。nop()。nop()。nop()。 P1_0 = 0。 nop()。nop()。nop()。 nop()。nop()。nop()。nop()。 } P1_0=0。} 超聲波接收中斷程序 超聲波測距儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序，然后立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2，以表示此次測距不成功。然后讀取計(jì)數(shù)器中的值，取20℃時(shí)的聲速344m/s，則由D=ct/2可以計(jì)算出被測物體與測距儀之間的距離。 顯示子程序 本設(shè)計(jì)采用共陽極7段LED數(shù)碼管顯示，顯示子程序如下所示：void zhuanhuan() //轉(zhuǎn)換程序{ qw = time/1000。 bw = time%1000/100。 sw = time%100/10。 gw = time%10。}void xianshi() //顯示程序{ P2 = 0x01。 P0 = shu[qw]。 delay(20)。P2 = 0x02。 P0 = shu[bw]。 delay(20)。P2 = 0x04。 P0 = shu[sw]。 delay(20)。P2 = 0x08。 P0 = shu[gw]。 delay(20)。} 系統(tǒng)仿真在Proteus中根據(jù)超聲波發(fā)射硬件電路搭建系統(tǒng)，由于個(gè)別元件在Proteus元件庫中沒有，用其他的方式代替。如：74LS07用74HC07代替；發(fā)射探頭部分用示波器，便于查看T40兩個(gè)引腳的信號(hào)；接收部分用一個(gè)開關(guān)代替，兩端分別連接INT0和地。將程序在Keil中編譯，將其放入Proteus電路中的單片機(jī)里，進(jìn)行仿真，電路如圖32，圖33所示：圖 3 – 2 仿真電路圖圖 3 – 3 發(fā)射探頭引腳波形仿真4系統(tǒng)測試 軟件和硬件測試 將元器件焊接到萬用板上，焊接的時(shí)候盡量不要長時(shí)間焊接某一管腳，否