超声波测距仪硬件电路的设计8.docVIP

第三章 超声波测距仪硬件电路的设计 3.1 超声波测距仪硬件电路 硬件电路可分为单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。 3.1.1 单片机系统及显示电路 本系统采用AT89S52来实现对超声波传感器的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 超声波测距的硬件示意图如图3所示： 单片机采用89S52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，已获得较稳定的时钟频率，减少测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHz的方波信号，利用外中断0口检测超声波接收电路输出的返回信号。 3.1.2 显示的输出 显示的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到CRT显示器等，都可以与微机连接。其中单片机应用系统最常用的显示是发光二极管数码显示器（简称LED显示器）。液晶显示器简LCD。LED显示器价廉，配置灵活，与单片接口方便，LCD可显示图形，但接口较复杂成本也较高。 实际上要显示各种数字和字符，只需在各段二极管的阴极上加不同的电平，就可以得到不同的代码。这些用来控制LED显示的不同电平代码称为字段码（也称段选码）。如下表为七段LED的段选码。 表3-1 七段LED的段选码 显示字符 共阳极段选码 dp gfedcba 显示字符 共阳极段选码 dp gfedcba 0 C0H A 88H 1 F9H B 83H 2 A4H C C6H 3 B0H D A1H 4 99H E 86H 5 92H F 8EH 6 82H P 8CH 7 F8H y 91H 8 80H 8. 00H 9 90H “灭” FFH 本系统显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，位码用PNP三极管8550驱动。单片机系统显示电路如图3-3所示。 图3-3单片机系统及显示电路 3.1.1 超声波发射电路 超声波发射电路原理图如图3-4所示。发射电路主要有反向器CD4069和超声波发生换能器T构成，单片机P1.0的端口输出 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强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R10，R11一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，缩短其自由震荡的时间。 图3-4超声波发射电路原理图 3.1.2 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3-5）。实验证明用CX20106A接受超声波（无信号时输出高电平），具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4 的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 图5图3-5超声波检测接收电路原理图 第四章 超声波测距仪系统程序的设计 4.1 超声波测距仪的程序设计 超声波测距器的软件设计主要由主程序，超声波发生子程序，超声波接受中断程序及显示子程序组成。我们知道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），有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、主程序、超声波发生子程序和超声波接收断程序逐一介绍。 4.1.1 超声波测距器的算法设计 图4-1示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波信号遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可以计算出超声波发生器与反射物体的距离。 图4-1超声波测距的示意图 距离的计算公式： d=s/2=(c*t)/2 其中d为被测物与测距器的距离，s为声波的来回路程，c为声波，t为声波来回所用的时间。 由于超声波也是一种声波，其声速c与温度有关，表4-1列出了几种不同温度下的超声