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超声波测距器的设计
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一、功能要求
超声波测距器可应用于汽车倒车。建筑施 工工地以及一些工业现场的位置监控，也可 用于如液位、井深、管道长度、物体厚度等 的测量。其测量范围为0.10~4.00m，测 量精度为1cm。测量时与被测物体无直接接 触，能够清晰、稳定地显示测量结果。
超声波检测接收电路
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四、 系统程序的设计
超声波测距器的软件设计主要由主程序、超 声波程序发生子程序、超声波接收中断程序 及显示子程序组成。由于C语言程序有利于 实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较 高的效率并且容易精确计算程序运行的时间， 而超声波测距器的程序既有较复杂的计算 （计算距离时），又要求精确计算程序运行 时间（超声波测距时），所以控制程序可采 用C语言和汇编语言混合编程。下面对超声 波测距器的算法。
超声波换能器结构图
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三、系统硬件电路的设计
3.超声波检测接收电路
集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电 视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的 超声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路，如 图所示。实验证明，用CX20106A接收超声波（无信号的输出高电平） 具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当地更改电容C4的大小，可 以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。
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三、系统硬件电路的设计
复位电路
LED显示电路
晶振电路
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三、系统硬件电路的设计
复位电路的原理：只有在RST端给它24个时钟周期，才能让它复位。当按下开关 时，VCC接通，由于10K电阻的分压作用，RST端的电压为5V，而5V电压正好 可以满足RST复位的24个时钟周期要求，于是RST复位。此电路同时也是自动上 电复位的，当电容开始充电、放电时，RST端的电压便随之变化，电压由低到高， 再由高到低，时间能够满足24个时钟周期，故而RST能够复位。 晶振电路的原理：晶振两端各接一个无极性电容，电容上电，然后再放电，这样便 可以帮助晶振起振。另：12MHZ的晶振两端接30PF的电容，6MHZ的晶振两端 接20PF的电容。 LED的工作原理：四位共阳LED的一边是段选端，一边是位选端。同名段选端各 自相连，然后7位段选端口接到P0口，位选端接到P2口。通过位选可以控制每一 个LED亮，通过段选端可以控制LED亮什么，其中段选端还要接上拉电阻，其作 用是为了保证LED能够点亮。在位选端加一个高电压，段选端加一个低电压，那 么再加上上拉电阻的作用，便可以保证LED的两端形成一个压差，这样LED就点 亮了。
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三、系统硬件电路的设计
超声波换能器的工作原理
压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部结 构如下图所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极加脉冲信号，其频 率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动 产生超声波，这时它是一个超声波发生器；反之，如果两极间未加外电压，当共 振板接收道超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它 就成为超声波接收换能器了。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同， 使用时应分清器件上的标志。超声波发射换能器上标有字母T，而接收换能器上 标有字母R。
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四、 系统程序的设计
1. 超声波测距器的算法设计 距离计算公式：d=s/2=(vt)/2 其中d是被测物与测距器的距离；s是超 声波的来回路程，v是超声波在当前温度下的 速度，t是发送和接收超声波所经历的时间。
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四、 系统程序的设计
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二、方案论证
由于超声波指向性强，能量消耗慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经 常用于距离的测量。利用超声波检测距离设计比较方便，计算处理也比较简单， 并且在测量精度方面也能达到使用的要求。
超声波发生器可以分为两大类：一类是使用电气方式产生超声波；另一类是用 机械方式产生超声波。电气方式包括电压型、电动型等；机械方式有加尔统笛、 液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波各不相同，因而用 途也各不相同。目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。 根据设计要求并综合各方面因素，本例决定采用AT89C52单片机作为主控器， 用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成。超声 波测距器系统设计框图如下：电路的设计
2. 超声波发射电路
超声波发射电路原理图如下图。发射电路主要由反向器74LS04和超声波换能器 构成，单片机P1.0端口输出的40kHz方波信号一路经一级反向器后送到超声波换 能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用 这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高超声波的发射速度。 输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。两个上拉电阻一方面可以提 高反向器74LS04输出高电平的驱动能力；另一方面可以增加超声波换能器的阻 尼效果，以缩短其自由振荡的时间。


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二、方案论证
超声波测距系统框图
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三、系统硬件电路的设计
硬件电路主要分为以下三个部分： 1 2 3
单片机系统及显示电路 超声波发射电路 超声波检测接收电路
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三、系统硬件电路的设计
1. 单片机系统及显示电路
单片机采用89C51或其兼容系列。系统采用 12MHZ高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率， 并减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能 器所需的40kHz方波信号，利用外中断0口监测超声 波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用 的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位 码用PNP三极管驱动。单片机系统及显示电路如图：