實驗四超聲波測距電路設(shè)計--改后

1、實驗三 超聲波測距電路設(shè)計一實習(xí)的性質(zhì)：綜合二實驗?zāi)康模和ㄟ^本實驗了解和掌握超聲波傳感器測量的原理和方法，加深理解超聲波傳感器的處理電路設(shè)計，掌握溫度補償?shù)霓k法及提高測量精度的方法。三、實驗的時間分配：總學(xué)時12學(xué)時1、電路設(shè)計4學(xué)時2、電路焊接4學(xué)時3、電路調(diào)試4學(xué)時四、實驗地點：東一教811和816實驗室五、實驗要求：1、理解超聲波測距原理及方法。2、根據(jù)給出的題目，參照附錄中給定的題目所需的參考資料，自行設(shè)計超聲波測距的發(fā)射與接收電路，并理解和掌握整體電路的設(shè)計思路和電路的工作原理。3、根據(jù)設(shè)計的電路圖獨立完成電路的焊接及調(diào)試工作，掌握焊接方法及調(diào)試步驟。擴展練習(xí)：采用單片機實現(xiàn)超聲波測

2、距的原理、方法及接口電路的設(shè)計。六、實驗原理聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機械波。根據(jù)振動頻率的不同，可分為次聲波、聲波、超聲波和微波等。1) 次聲波：振動頻率低于l6Hz的機械波。2) 聲波：振動頻率在1620KHz之間的機械波，在這個頻率范圍內(nèi)能為人耳所聞。3) 超聲波：高于20KHz的機械波。超聲波與一般聲波比較，它的振動頻率高，而且波長短，因而具有束射特性，方向性強，可以定向傳播，其能量遠遠大于振幅相同的一般聲波，并且具有很高的穿透能力。例如，在鋼材中甚至可穿透10米以上。  超聲波在均勻介質(zhì)中按直線方向傳播，但到達界面或者遇到另一種介質(zhì)時，也像光波一樣產(chǎn)生反射和折射

3、，并且服從幾何光學(xué)的反射、折射定律。超聲波在反射、折射過程中，其能量及波型都將發(fā)生變化。 超聲波在界面上的反射能量與透射能量的變化。取決于兩種介質(zhì)聲阻抗特性。和其他聲波一樣，兩介質(zhì)的聲阻抗特性差愈大，則反射波的強度愈大。例如，鋼與空氣的聲阻抗特性相差10萬倍，故超聲波幾乎不通過空氣與鋼的介面，全部反射。 超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，能量的衰減決定于波的擴散、散射 (或漫射)及吸收。擴散衰減，是超聲波隨著傳播距離的增加，在單位面積內(nèi)聲能的減弱；散射衰減，是由于介質(zhì)不均勻性產(chǎn)生的能量損失；超聲波被介質(zhì)吸收后，將聲能直接轉(zhuǎn)換為熱能，這是由于介質(zhì)的導(dǎo)熱性、粘滯性及彈性造成的

4、。 以超聲波為檢測手段，包括有發(fā)射超聲波和接收超聲波，并將接收的超聲波轉(zhuǎn)換成電量輸出的裝置稱為超聲波傳感器。習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。常用的超聲波傳感器有兩種，即壓電式超聲波傳感器 (或稱壓電式超聲波探頭)和磁致式超聲波傳感器。本實驗采用的是壓電式超聲波傳感器, 主要由超聲波發(fā)射器(或稱發(fā)射探頭)和超聲波接收器(或稱接收探頭)兩部分組成，它們都是利用壓電材料(如石英、壓電陶瓷等)的壓電效應(yīng)進行工作的。利用逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，產(chǎn)生超聲波，以此作為超聲波的發(fā)射器。而利用正壓電效應(yīng)將接收的超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，以此作為超聲波的接收器。6.1壓電式超聲波傳感器的原理目

5、前，超聲波傳感器大致可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生的超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生的超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。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。在工程中，目前較為常用的是壓電式超聲波傳感器。 壓電式超聲波傳感器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。壓電式超聲波發(fā)生器的內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，且其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，

6、將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時即為超聲波接收器。6.2超聲波傳感器的測距原理：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 圖1 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)示意圖為了提高精度，需要考慮不同溫度下超聲波在空氣中傳播速度隨溫度變化的關(guān)系： v=331.4+0.61T  式中，T為實際溫度()，v的單位為m/s。七注意事項：1. 使用電烙鐵注意安全。烙鐵會產(chǎn)生高熱，萬一不小心

7、碰觸將會導(dǎo)致嚴(yán)重燙傷，使用時千萬要小心。2. 焊接每個結(jié)點不要超過一秒鐘：焊接時間過久，會導(dǎo)致焊錫過熱反白，電子零件也會因為過熱而損壞，因此要特別注意焊接時間。正常不過熱的接點，焊錫會呈現(xiàn)金屬光澤。3. 接點形狀：以立體圓弧形狀為佳，過大、過小、尖塔狀、孔隙沒有填滿都是不良的接點形狀。4. 檢測電子零件：試問您在焊接之前，是否確定每一個電子零件都是好的？是否都用萬用表作過測量？任何一個電子零件故障，都會導(dǎo)致整個電路無法正常工作，所以這個程序是絕對必要的，您檢測了么？八成績考核：1. 電路設(shè)計：30分/4學(xué)時2. 焊接電路：30分/4學(xué)時3. 電路調(diào)試：30分/4學(xué)時4. 實驗報告：10分九、參

8、考資料：附錄一：超聲波測距系統(tǒng)的發(fā)射與接收電路的設(shè)計在工程實踐中，超聲波由于指向性強、能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而經(jīng)常用于距離的測量。它主要應(yīng)用于倒車?yán)走_、測距儀、物位測量儀、移動機器人的研制、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場等，例如：距離、液位、井深、管道長度、流速等場合。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便，且計算簡單、易于做到實時控制，在測量精度方面也能達到工業(yè)實用的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。1、 超聲波測距原理及系統(tǒng)組成 超聲波測距是借助于超聲脈沖回波渡越時間法來實現(xiàn)的。設(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經(jīng)歷的時間為t，超聲波在空氣中的傳播速度為v，則從傳感器到目標(biāo)物體的距離D可

9、用下式求出：D = v t /2 ，圖2是相應(yīng)的系統(tǒng)框圖： 圖2 超聲波測距系統(tǒng)組成框圖基本原理：經(jīng)發(fā)射器發(fā)射出長約6mm，頻率為40KHZ的超聲波信號。此信號被物體反射回來由接收頭接收，接收頭實質(zhì)上是一種壓電效應(yīng)的換能器。它接收到信號后產(chǎn)生mV級的微弱電壓信號。 2、電路原理2.1 超聲波發(fā)射電路  由兩塊555集成電路組成。IC1（555）組成超聲波脈沖信號發(fā)生器，工作周期計算公式如下，實際電路中由于元器件等誤差，會有一些差別。條件: RA =9.1M、 RB=150K、 C=0.01FTL = 0.69 x RB x C   = 0.69 x 15

10、0 x 103 x 0.01 x 10-6  = 1 msec  TH  = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6  = 64 msecIC2組成超聲波載波信號發(fā)生器。由IC1輸出的脈沖信號控制，輸出1ms頻率40kHz，占空比50的脈沖，停止64ms。計算公式如下：條件: RA =1.5K、 RB=15K、 C=1000pFTL = 0.69 x RB x C = 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 

11、0;= 10sec  TH  = 0.69 x (RA + RB) x C   = 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12  = 11sec f = 1/(TL + TH)  = 1/(10.35 + 11.39) x 10-6)  = 46.0 KHz由IC3（CD4069）組成超聲波發(fā)射頭驅(qū)動電路。2.2 超聲波接收電路  超聲波接收頭和IC4組成超聲波信號的檢測和放大。反射回來的超聲波信號經(jīng)IC4的2級放大1000倍（60d

12、B），第1級放大100倍（40dB），第2級放大10倍（20dB）。   由于一般的運算放大器需要正、負對稱電源，而該裝置電源用的是單電源（9V）供電，為保證其可靠工作，這里用R10和R11進行分壓，這時在IC4的同相端有4.5V的中點電壓，這樣可以保證放大的交流信號的質(zhì)量，不至于產(chǎn)生信號失真。 C9、D1、D2、C10組成的倍壓檢波電路取出反射回來的檢測脈沖信號送至IC5進行處理。IC5組成信號比較電路，對接收信號進行調(diào)整輸出，供后續(xù)電路測量使用，下面分析其工作原理。由Ra、Rb、IC5組成信號比較器。其中Vrf = (Rb x Vcc)/(Ra + Rb)&#

13、160; = (47K x 9V)/(1M + 47K)  = 0.4V所以當(dāng)IN3點（IC5的反相端）過來的脈沖信號電壓高于0.4V時，OUT4點電壓將由高電平"1"到低電平"0"。圖示參數(shù)的最小測量距離在40cm左右。附錄二：基于ATmega8的超聲波倒車?yán)走_實現(xiàn)方案1 引言由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中的傳播距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離測量，如測距儀和物位測量儀等都可以用超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人、

14、汽車工業(yè)等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)筆者所在的武漢理工大學(xué)汽車電子電器研究所研發(fā)的一種由單片機開發(fā)的超聲波倒車?yán)走_報警器方案，詳細介紹了其硬件軟件實現(xiàn)過程。2 設(shè)計目標(biāo)報警器利用超聲波回聲測距的原理，測量車后一定距離內(nèi)的物體，并以AVRmega8系列單片機作為中心控制單元。這種超聲波雷達可以及時顯示車后障礙物的距離和方位，顯示范圍為0.5m9.9m，當(dāng)距離大于2m時顯示車后障礙物的方位;當(dāng)距離小于2m時，除了顯示其方位外，還可按照三段距離分別給出三種報警信號，以警示司機三種不同程度的緊急狀態(tài)，使司機據(jù)此作出相應(yīng)的操作，防止事故的發(fā)生。3 超聲波測距原理3.1 超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器分為兩類

15、:一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波，包括加爾統(tǒng)笛、氣流笛等一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等;它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功能和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電型超聲波發(fā)生器。3.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未加電壓，當(dāng)共振板接受到超聲波時，將壓迫壓電晶片做振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這是它就成為超聲波接收器了。3.3 超聲波測距

16、原理超聲波測距是通過不斷檢測發(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t，然后求出距離S=Ct/2,式中的C為超聲波波速。由于超聲波也是一種聲波，其速度C與溫度有關(guān)，在溫度確定后，只要測得超聲波往返時間，即可求得距離。4 Atmega8的功能特點ATMEL公司在2002年第一季度推出的一款新型AVR單片機。在AVR家族中，ATmega8L是一款非常特殊的單片機，它的芯片內(nèi)部集成了大容量的寄存器和豐富的硬件接口電路，具有其他高檔AVR單片機MEGA系列的全部特點，采用了小引腳封裝(為DIP28)，價格卻與低檔單片機相當(dāng)，同時具有AVR單片機的ISP(在線編程)性能。是AVR高檔

17、單片機中內(nèi)部接口豐富、功能齊全、性價比最好的品種。它的主要性能如下:4.1 先進的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)130條功能強大的指令，大多數(shù)為單時鐘周期指令;32個8位通用工作寄存器;工作在16MHz時具有16MIPS的性能;執(zhí)行速度為2個時鐘周期的片內(nèi)乘法器。4.2 大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器ATmega8L具有可擦寫10000次的8K字節(jié)Flash程序存儲器;支持在線編程(ISP);擦寫100000次的512字節(jié)的，1K字節(jié)內(nèi)部SRAM。帶有獨立加密位的可選BOOT區(qū)，通過BOOT區(qū)內(nèi)的引導(dǎo)程序區(qū)實現(xiàn)在系統(tǒng)編程，而且寫操作時真正可讀。4.3 外部性能2個比較模式的帶預(yù)分頻的8位定時/計數(shù)器

18、;1個帶有預(yù)分頻器;一個獨立振蕩器的異步實時時鐘;3個PWN通道;8個通道A/D/轉(zhuǎn)換，6路10位A/D+2/路8位A/D;6個通道A/D轉(zhuǎn)換，4路10位A/D+2/路8位A/D;1個I2C的串行接口，1個串行USART接口，1個SPI同步串行接口;片內(nèi)看門狗定時器。4.4 特殊功能包括上電復(fù)位和可編程的低電壓檢測、內(nèi)部可校準(zhǔn)的振蕩器、五種睡眠模式(空閑模式、噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、待命和擴展待命模式)、可用軟件選擇時鐘頻率、可通過一個熔絲選定的兼容模式以及全局上拉禁止等。ATmega8L的獨有特點包括上電復(fù)位和可編程的低電壓檢測、內(nèi)部可校準(zhǔn)的振蕩器、五種睡眠模式(空閑模式、噪聲抑制

19、模式、省電模式、掉電模式、待命和擴展待命模式)、可用軟件選擇時鐘頻率、可通過一個熔絲選定ATmega8L的兼容模式以及全局上拉禁止等。5 系統(tǒng)的硬件設(shè)計5.1 超聲波發(fā)送超聲波發(fā)送脈沖如圖1所示。40kHz的超聲波發(fā)送脈沖信號由單片機mega8的PB0口送出，其脈沖寬度及脈沖間隔均由軟件控制。脈沖寬度約為125s200s，即在一個調(diào)制脈沖內(nèi)包58個40kHz的方波。脈沖發(fā)送間隔取決于要求測量的最大距離及測量通道數(shù)。本系統(tǒng)有四路測距通道，采用分時工作，按左、中、右的順序循環(huán)測距。若在有效測距范圍內(nèi)有被測物的話，則在后一路超聲波束發(fā)出之前應(yīng)當(dāng)接收到前一路發(fā)同的反射波，否則認(rèn)為前一路無被測物。因此按

20、有效測距范圍可以估算出最短的脈沖間隔發(fā)送時間。例如:最大測距范圍為5m時，脈沖間隔時間t=2s/v=2×5/34030ms，實際應(yīng)取t30ms。圖1 超聲波發(fā)送脈沖波形圖5.2 超聲波接收回波很弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號的幅值也較小，為此要求將信號放大60萬倍左右。采有三級放大。放大后的交流信號經(jīng)光電隔離送入比較器，比較器的作用是將交流信號整形輸出一個方波信號，此方波信號上升沿使D觸發(fā)器觸發(fā)，向CPU發(fā)中斷申請。在中斷服務(wù)程序中，讀取時間計數(shù)器的計數(shù)值，并結(jié)合溫度換算出的速度算出發(fā)射到接收的距離。5.3 時間計測超過波從發(fā)射到接收的間隔時間的測定是由單片機內(nèi)部的計數(shù)器T1來完成的。在調(diào)試過

21、程中出現(xiàn)的發(fā)送部分與接收部分的直接串?dāng)_問題是由于換能器之間的距離不大，有部分聲波未經(jīng)被測物就直接繞射到接收換能器上。從發(fā)射開始一直到“虛假反射波”結(jié)束這段時間，不會發(fā)中斷申請，可有效躲避干擾，但也會形成所謂的“盲區(qū)”。本系統(tǒng)的盲區(qū)約為20cm左右。5.4 報警燈顯示由于mega8有較強的驅(qū)動能力(驅(qū)動電流可達到20mA)，可直接由mega8驅(qū)動三組(每組四路)的發(fā)光二級管作為報警顯示器。6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計中斷服務(wù)程序分為INT0，INT1，T0,T0設(shè)置為30ms中斷一次，其任務(wù)就是每隔30ms產(chǎn)生58個40kHz的方波作為超聲波脈沖并按順序送到四個通道，即產(chǎn)生如圖1所示的超聲波發(fā)射脈沖。T0

22、的中斷服務(wù)程序流程如圖2所示:圖2 中斷服務(wù)程序流程圖INT0中斷子程序讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換為環(huán)境溫度值;INT1停止T0、T1計數(shù)，根據(jù)T1內(nèi)容計算時間T，并進行最終距離的計算。先計算超聲波傳播速度:，再計算距離:D=CT/2，并將計算結(jié)果送入緩沖區(qū)以備通訊。T1工作在方式1。7 誤差分析本系統(tǒng)最大測距誤差在8cm左右，測距的盲區(qū)為20cm。(1) 入射角 超聲波波束對探測目標(biāo)的入射角的影響。(2) 過零點觸發(fā) 超聲波回波聲強與待測距離的遠近有關(guān)系，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發(fā)。(3) 聲速修正 超聲波傳播速度對測距的影響。波的傳播速度取決于傳播媒質(zhì)的特性

23、。傳播媒質(zhì)的溫度、壓力、密度對聲速都將產(chǎn)生直接的影響。因此需對聲速加以修正。對于測距而言，引起聲速變化的主要原因是媒質(zhì)溫度的變化。本文采用聲速預(yù)置和媒質(zhì)溫度測量結(jié)合的方法對聲速進行修正，可有效地消除溫度變化對精度的影響。8 結(jié)束語該系統(tǒng)經(jīng)過大量實驗數(shù)據(jù)測試表明系統(tǒng)滿足設(shè)計要求,通過修改部分子程序可根據(jù)需要擴展成六通道、二通道、單通道的汽車后視儀及根據(jù)不同的要求作不同的報警處理。例如在該設(shè)計中加入了一時鐘芯片X1203 ,通過添加一些程序就可以實現(xiàn)時鐘顯示與倒車報警的二合一產(chǎn)品，有較好的推廣價值。附錄三：時差法超聲測距儀的研制超聲波是由機械振動產(chǎn)生的，可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播，具有定向性好

24、、能量集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力較強等優(yōu)點。超聲波傳感器可廣泛應(yīng)用于非接觸式檢測方法，它不受光線、被測物顏色等影響，對惡劣的工作環(huán)境具有一定的適應(yīng)能力，因此在水文液位測量、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文著重介紹脈沖回波法的超聲空氣測距原理及系統(tǒng)構(gòu)成。1、工作原理 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，然后求出距離S。在速度V已知的情況下，距離S的計算，公式如下： S=Vt/2 在空氣中，常溫下超聲波的傳播速度是334米/秒，但其傳播速度V易受空氣中溫度、濕度、壓強等因素的影響，其中受溫度的影響較大，如溫度每升高，聲

25、速增加約0.6米/秒。因此在測距精度要求很高的情況下，應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒▽鞑ニ俣燃右孕Ｕ?。已知現(xiàn)場環(huán)境溫度時，超聲波傳播速度的計算公式如下： V=331.5+0.607T這樣，只要測得超聲波發(fā)射和接收回波的時間差t以及現(xiàn)場環(huán)境溫度T，就可以精確計算出發(fā)射點到障礙物之間的距離。微電腦超聲測距儀的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。該系統(tǒng)由AT89C2051單片機、超聲波發(fā)射電路、接收放大電路、環(huán)境溫度采集電路及顯示電路組成。AT89C2051單片機是整個系統(tǒng)的核心部件，用來協(xié)調(diào)各部件的工作。先由單片機控制的振蕩源產(chǎn)生40KHZ的頻率信號以驅(qū)動超聲波傳感器，它每次發(fā)射10個脈沖。當(dāng)?shù)谝粋€超聲波脈沖發(fā)射后，計

26、數(shù)器開始計數(shù)，在檢測到第一個回波脈沖的瞬間，計數(shù)器停止計數(shù)，這樣就能夠得到從發(fā)射到接收的時間差；同時溫度采集電路也將現(xiàn)場環(huán)境溫度數(shù)據(jù)采集到單片機中，以在計算距離時對超聲波傳播速度進行修正。根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)最終利用單片機計算出被測距離，并由顯示器顯示出來。 圖1 微電腦超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)和時差信號波形1.1 單片機與各部分電路的接口 本系統(tǒng)以AT89C2051單片機為核心來實現(xiàn)對各部分電路的控制和響應(yīng)。在進行硬件設(shè)計時，AT89C2051的串行口RXD、TXD分別與顯示電路的RXD和TXD相連，構(gòu)成串行靜態(tài)顯示電路；定時/記數(shù)器T0與V/F轉(zhuǎn)換器LM331的輸出端相連，實現(xiàn)頻率采集功能；P

27、1.7與CMOS多諧振蕩器的控制端相連，可通過軟件使P1.7口輸出高電平或低電平，從而控制超聲波的發(fā)射；P1.6通過一個開關(guān)二極管IN4148與比較器的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路控制端連接，發(fā)射超聲波時置P1.6 為“1”； P1.2口連接比較器LM324的輸出端，這樣，通過掃描P1.2口就可以判斷是否接收到回波。 1.2超聲波發(fā)射及驅(qū)動電路 超聲波發(fā)射及驅(qū)動電路如圖2所示，由與非門CD4011組成的CMOS多諧振蕩器產(chǎn)生40KHZ的振蕩源，為了控制振蕩的產(chǎn)生或者停止，把第一個門U1的一個輸入端作為控制端C，當(dāng)C“0”時，振蕩停止；C“1”時，產(chǎn)生振蕩。將C端與AT89C2051單片機的P1.7口連接后

28、，就可通過微處理器來控制超聲波的發(fā)射。需要注意的是，控制脈沖的頻率（P1.7口高、低電平的變化頻率）必須遠低于多諧振蕩器的振蕩頻率。該電路的振蕩周期可由以下公式得出： T=2.2RTCT由于超聲波的傳播距離與它的振幅成正比，為了使測距范圍足夠遠，可對振蕩信號進行功率放大后再加在超聲波傳感器上。本電路采用CD4049組成驅(qū)動電路可將振蕩信號的幅度放大一倍，從而增加了超聲波的傳播距離，擴大了測距范圍。 圖2 超聲波發(fā)射及驅(qū)動電路為防止絕緣電阻下降導(dǎo)致超聲波傳感器轉(zhuǎn)換性能變壞，不能長時間的對傳感器施加直流電壓。因此在電路中串入一個耦合電容C1，通過它可以將直流電壓轉(zhuǎn)換為等幅的交流電壓，從而保證測距儀

29、能夠長時間可靠、穩(wěn)定的工作。 1.3 超聲波接收及過零檢測電路 超聲波接收及過零檢測電路原理圖如圖3所示。由于超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減程度與傳播距離成正比，所以超聲波傳感器接收信號一般在1mv1V之間。為了便于使用，接收電路要提供100倍以上的放大增益。此外，接收傳感器輸出的是正弦波信號，這就需要設(shè)計交流放大電路。本系統(tǒng)選用兩片OP07組成兩級放大電路，對接收到的超聲波信號進行放大處理。信號經(jīng)過放大以后，輸入LM324的正端并與基準(zhǔn)電壓相比較，使LM324的輸出端（與單片機的P1.2口連接）輸出高電平，單片機接收到回波后立即停止記時。圖3 超聲波接收及過零檢測電路在單片機控制超聲波發(fā)射（P1.7置“”）的同時，P1.6輸出一個高電平，給電容C5充電，并經(jīng)一串聯(lián)分壓網(wǎng)絡(luò)將該電壓輸出到比較器的負端，這樣可以有效抑制由于超聲波發(fā)射器發(fā)射的超聲波直接輻射到接收器而導(dǎo)致的比較器誤反轉(zhuǎn)，從而得到錯誤檢測信號。發(fā)射結(jié)束后P1.6口由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，比較器的負端也為低電平，若LM324的輸出端為