【正文】 定時器
控制 顯示器
超聲波發(fā)射器 放大電路
圖11 超聲波測距儀原理框圖
Ⅰ.3 課題設計的任務和要求
設計一超聲波測距儀，任務：
(1).了解超聲波測距原理。
設計一超聲波測距儀，要求：
(1).設計出超聲波測距儀的硬件結構電路。
(3).對設計的電路進行分析。
2
Page 10 1 課程的方案設計與論證

由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波
經(jīng)常用于距離的測量。
超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方
式產(chǎn)生超聲波。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也
各不相同。根據(jù)設計要求并
綜合各方面因素，本文采用AT89C51 單片機作為控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED 數(shù)
字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器。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。
測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當?shù)?
衰減，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應
選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應用低頻率的傳感器。單片機采用AT89C51 或其兼容系列。 端口輸出超聲波換能
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。
51系列單片機的功能特點及測距原理[3~6]

5l系列單片機中典型芯片(AT89C51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內
部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2個16b的定時／計數(shù)器TO和T1，4個8 b
的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。該系列單片
機引腳與封裝如圖21所示。
空閑方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時／計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。
5l系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。
單片機實現(xiàn)測距原理
單片機發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回
波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差tr，然后求出距離S＝Ct／2，式中的C為超
聲波波速。接收換能器對聲波脈沖的直接
接收能力將決定最小的可測距離。由于超聲波屬
于聲波范圍，其波速C與溫度有關。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，
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)射強度。上位電阻R1O、R11一方
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換能器
的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。超聲波換能器內部有兩
個壓電晶片和一個換能板。
超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。考慮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23)。適當更改電容
C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。電
路原理圖如圖24 所示。
7
Page 15 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

7 8 14 X

15

21 D 12

40 N
VCC G
AT89C51
0
2
1K 100
*

超聲波換能發(fā)射器 VCC
R?
10K 10K