【導讀】finder.receiver.

　　

【正文】 超聲波發(fā) 射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 超聲波測距系統(tǒng)的電路設計 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 C51，經濟易用，且片內有 4K的 ROM，便于編程。電路原理圖如圖 1所示。 圖 1 電路原理圖 40kHz 脈沖的產生與超聲波發(fā)射 測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用 UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是 40kHz的脈沖信號，這由單片機執(zhí)行下面程序來產生。 puzel： mov 14h, 12h；超聲波發(fā)射持續(xù) 200ms here： cpl ； 輸出 40kHz方波 nop ； nop ； nop ； djnz 14h， here； ret 前方測距電路的輸入端接單片機 ，單片機執(zhí)行上面的程序后，在 端口輸出一個 40kHz的脈沖信號，經過三極管 T放大，驅動超聲波發(fā)射頭 UCM40T，發(fā)出 40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。右側和左側測 距電路的輸入端分別接 ，工作原理與前方測距電路相同。 接收頭采用與發(fā)射頭配對的 UCM40R，將超聲波調制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?，經運算放大器 IC1A和 IC1B兩極放大后加至 IC2。 IC2是帶有鎖 定環(huán)的音頻譯碼集成塊 LM567，內部的壓控振蕩器 的中心頻率f0=1/，電容 C4決定其鎖定帶寬。調節(jié) R8在發(fā)射的載頻上，則LM567 輸入信號大于 25mV，輸出端 8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷請求信號，送至單片機處理 . 前方測距電路的輸出端接單片機 INT0端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門 IC3A的輸出接單片機 INT1端口，同時單片機 IC3A的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。部分源程序如下： receive1： push psw push acc clr ex1； 關外部中斷 1 jnb ,right； 0,轉至右測距電路中斷服務程序 jnb ,left； 0,轉至左測距電路中斷服務程序 return： SETB EX1； 開外部中斷 1 pop acc pop psw reti right： ... ； 右測距電路中斷服務程序入口 ajmp return left： ... ； 左測距電路中斷服務程序入口 ajmp return 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路 輸出端產生一個負跳變，在 INT0或 INT1端產生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。其部分源程序如下： RECEIVE0： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 ； 關外部中斷 0 MOV R7, TH0 ； 讀取時間值 MOV R6, TL0 CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0BBH； 計算時間差 MOV 31H, A ； 存儲結果 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A SETB EX0 ； 開外部中斷 0 POP ACC POP PSW RETI 對于一個平坦的目標，距離測量包括兩個階段 :粗糙的測量和精細測量。 第一步：脈沖的傳送產生一種簡單的超聲波。 第二步：根據(jù)公式改變回波放大器的獲得量直到回撥被檢測到。 第三步：檢測兩種回波的振幅與過零時間。 第四步：設置回波放大器的所得來規(guī) 格輸出，假定是 3伏。通過脈沖的周期設置下一個脈沖。根據(jù)第二部的數(shù)據(jù)設定時間窗。 第五步：發(fā)射兩串脈沖產生干擾波。測量過零時間與回波的振幅。如果逆向發(fā)生在回波中，決定要不通過在低氣壓插入振幅。 第六步：通過公式計算距離 y。 超聲波測距系統(tǒng)的軟件設計 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務程序。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。定時中斷服務子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結果的輸出等工作。 結論 對所要求測量范圍 30cm~200cm內的平 面物體做了多次測量發(fā)現(xiàn)，其最大誤差為 ，且重復性好。可見基于單片機設計的超聲波測距系統(tǒng)具有硬件結構簡單、工作可靠、測量誤差小等特點。因此，它不僅可用于移動機器人，還可用在其它檢測系統(tǒng)中。 思考：至于為什么接收不用晶體管做放大電路呢，因為放大倍數(shù)搞不好，集成放大電路，還帶自動電平增益控制，放大倍數(shù)為 76dB，中心頻率是 38k到 40k，剛好是超聲波傳感器的諧振頻率 。