超声波测距仪硬件的研究设计

1、科 技 天 地INTELLIGENCE超声波测距仪硬件的研究设计吉林航空工程学校 赵 旭摘 要：利用超声波测量距离是一种有效的非接触式测距方法，本文介绍了一种常用的脉冲反射式超声波测距系统，给出系统硬件设计方案，此系统具有易于控制，成本低，工作可靠，测量精度高等优点。关键词：单片机 超声波 测距 研究引言目前测量距离一般采用波在介质中传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播距离较远等优点，因而经常用于测量距离。相比其他定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、可操作性强、工作稳定，适合短距离测量定位。单

2、片机为许多控制提供了非常灵活和低成本的解决方案，充分利用片内资源，利用较少的外围电路就可以构成功能完善的测距系统。本文介绍一种常见的以单片机为核心的低成本、高精度、LED数码管显示的超声波测距仪的硬件设计方法。一、系统原理本设计采用超声波渡越时间检测法。其原理是利用电路检测从超声波发射器发出超声波经过气体介质传播到接收器的时间，即渡越时间。一般超声波测距是根据反射的原理，那么渡越时间与气体中超声波传播速度相乘再除以2，就是v×t声波传播距离。距离d的计算公式如下：d=2其中v是超声波在气体介质传播速度（m/s）；t是渡越时间（s）。但是实际来看，限制系统最大可测距离存在几个因素：超声

3、波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角、超声波发射频率等。为了提高灵敏度和最大测距距离，在实验中适当修改电路以达到理想状态。二、硬件电路设计1、超声波发射电路U1BU1AVCC74LS04I/O2、超声波接收电路本设计中采用一种常用的集成电路CX20106A作为超声波接收电路的核心。而该集成电路一般常见于电视机红外遥控接收器，一般接收38KHz或者40KHz频率的信号。在实际中，用CX20106A组成的超声波接收电路的抗干扰能力和灵敏度都非常理想，并且适当改变电容和电阻就可以改变接收的频率，提高灵敏度和抗干扰能力。3、数码管显示电路数码管是单片机应用系统中广泛使用的一种显示器件，从内部

4、电路连接上共分为共阴极、共阳极两种，其内部是由发光二极管组成的。从字面意思就可以理解：共阴极数码管就是每个数码管的八个发光二极管的阴极都连接在一起，而共阳极数码管是发光二极管的阳极都连接在一起。数码管与单片机的接口比较方便，只要将单片机的8位并行I/O口与数码管的段码引脚相连接即可，从8位并行I/O口输出不同的段码，数码管就会显示不同的数字,如图2所示。p1.1p1.2p1.3p1.4图1 超声波发射电路原理图超声波发射电路包括超声波振荡器和超声波发射头两部分组成。其电路原理图如图1所示。发射超声波需要在超声波振荡器的外接电路两端产生振荡，超声波发射头才能够发射超声波，利用单片机的I/O口输出

5、40KHz方波经过反向器74LS04一级一级推挽式将方波信号加载到超声波发射头上，可以提高发射强度，提高驱动能力。其中R1、R2电阻一方面可以增加阻尼效果，缩短振荡时间，另一方面提高74LS04的输出高电平的驱动能力。图2 数码管显示电路结语超声波测距所能测的距离大小与传感器的驱动功率、测量电路和测量方法有很大的关系。在设计电路时要调整部分分立元件的参数。本文介绍了采用单片机设计的超声波非接触式测距系统的硬件组成，在设计中分别在发射和接收电路使用了74LS04和CX20106A两款集成电路，减少电路之间的干扰，该系统可以应用于小距离测距，智能机器人检测等方案中。参考文献：1 赵珂、向瑛、王忠、施琴红：高准确度超声波测距仪的研制，传感器技术，2003，22：55-57。2 韦穗林：数字式超声波测距仪的研制，电子设计工程，2009，10：39-41。3 张芬、董浩斌、焦彦斌：基于C8051F320单片机的超声波