【正文】 聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的
發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測量
距離。
超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算
出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一
端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射
波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方式。
超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計主要包括單片機(jī)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(jī)采用AT89C51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。
聲波換能器所需的40kHz的方波信號，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74LS244驅(qū)動，
位碼用PNP三極管8550驅(qū)動。
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(gòu)成，
端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，
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，用這種推換形式將方波信
號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)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。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，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將
壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)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主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接
13
Page 21收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？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。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(qiáng)的
抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。
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。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言
程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既
有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細(xì)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。主超聲波測距儀主程序利用外中
斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），
立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志
字賦值1。如果當(dāng)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。前方測距電
路的輸出端接單片機(jī)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(jī)INT1端口，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。
超聲波測距的算法設(shè)計原理為超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，
當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要
計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與
反射物體的距離。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機(jī)內(nèi)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(dāng)收到超聲波反射波時，
接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片
機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。
在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，
所以調(diào)試應(yīng)該不會太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作。電路
中除集成電路外，對各電子元件也無特別要求。根據(jù)測量范圍要求不
同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度
和抗干擾能力。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。
14
Page 22 致 謝
首先，我要感謝我的導(dǎo)師***老師在畢業(yè)設(shè)計中對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要
求，同時也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計期間所給予我得幫助。在我畢業(yè)論文寫
作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒有您
們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計，借此機(jī)會，向您們表示由
衷的感激。同時還要感謝系實驗室在畢業(yè)設(shè)計期間提供給我們優(yōu)越的實驗條件。
接著，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)。在畢業(yè)設(shè)計的短短3個月里，你
們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠的謝
謝你們。同時，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正是在這樣一個團(tuán)結(jié)友愛，
相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。
最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和
學(xué)習(xí)上給予我無盡的愛、理解和支持，才使我時刻充滿信心和勇氣，克服成長路上
的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。
還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一
并表示忠心地感謝！
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17
Page 25 附 錄
附錄一
超聲波測距電路原理圖
2 LED
位 七段數(shù)碼管
*
3
4 3 2 1
8 30pF 30PF
*
24C02
0 VCC
*1 2 4 5 6 7 9 1 5 6 7 8
VCC * 8
3 4 5 6 0 1 2 3 1
1 1 1 1
19
2
XTAL1
14 1 10 L 24

A
9 74ls164 2 11 T 23