基于AT89C52单片机的超声波测距系统

信号放大，否则其转换成电信 号 的 幅 值 也 会 比 较 小。 如 图 ( 所
示，设计中，采用 三 级 放 大 电 路，将 信 号 放 大 *% 万 倍 左 右。 其
中运算放大器 +,&#、+,&- 放 大 倍 数 为 )%% 倍，+,&, 放 大 倍 数 为
*% 倍。 ! 、". 组成选频电路，滤除 $% /01 以外的干扰信号。 "2、 3) 组成信号整流 滤 波 电 路，将 接 收 到 的 $% /01 反 射 波 交 流 信 号转化成直 流 电 压 信 号。根 据 公 式 #$ 4 %$ & %（& 以 第 一 级 放 大 电路为例），可 以 求 得 各 放 大 电 路 的 参 数。 计 算 后，取 值 如 下：
超声波发送电 路 包 括 多 谐 振 荡 器、驱 动 放 大 电 路 两 部 分，
声波测距是一种 非 接 触 式 测 量，广 泛 应 用 于 倒 车 防 撞 雷 达、机 与单向的超声波发射传感器 Q*/"*.S 配合使用，实现超声波 的
器 人 接 近 觉 、海 洋 测 量 、物 体 识 别 等 领 域 。
单片机、超声波发送电路和超声波接收电路 . 部分。
,QRS 门电路而言，输入电流在正常的 输 入 高、低 电 平 范 围 内 几
$ F ’ !"GH#I$ 单片机 *+(),#! 单片机采用 ,8QRS 工艺及高密度、非易失存 储 技
乎等于零，因此 &-%、&! 上 没 有 压 降，所 以 对 其 阻 值 没 有 严 格 限 制，可完全根据式（%）来确 定。 系 统 所 选 谐 振 频 率 为 /" N8X，为
图 ! 超声波发送电路
"!# 超声波接收电路
超声波接收电 路 包 括 三 级 回 波 放 大 电 路 以 及 电 压 比 较 整
形电路两部分，与超声波 接 收 传 感 器 "#$%#&’ 配 合 使 用，实 现
超声波的接收功能。
(!&!) 放大电路及其参数的设计
当测量距离较大 时，超 声 波 的 回 波 较 弱，这 时 候 就 需 要 将
!""’ 年 第’期
仪表技术与传感器
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基于 !"()##! 单片机的超声波测距系统
王安敏，张 凯
（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 $%%&%’）
摘要：介绍了一种基于 *+(),#! 单片机的超声波测距系统，阐述了超声测距系统的硬件电路构成、工作原理 及 软 件 设
因素：第一，要使 >) 导通；第二，要 使 经 过 三 极 管 以 后 的 电 压 与 #A5B,.( 的 ?& ! & 口相匹 配。 为 了 在 实 际 应 用 时 能 得 到 合 适 的
参数，将 %))设计 为 最 大 阻 值 为 )% /! 的 可 调 电 阻，这 样，适 当 调节 %))的阻值便可得到满足上述条件的 电 压 信 号。 其 他 阻 值 参照一般常用比 较 电 路 依 次 确 定 为 %)( 4 )%% /!、%)& 4 ) /!、
设 计中采用 ’ 个反相器 ,,/"’) 构成驱动电路，目的是放大
收稿日期：!""# $ %! $ %& 收修改稿日期：!""’ $ "! $ !"
驱动功率，其中取 %! O #" I\ L
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+;DHIJ:K;H AKLM;NOJK P;Q RK;DSI
TJ;C (%%*
%)$ 4 ) /!! 电容 "5 的作用是滤除交流信号，因此对其大小没有 要求，选择标准值 % C %)#9 !
发送功能。工 作 时 由 单 片 机 引 脚 -. L / 控 制 多 谐 振 荡 器 的 振
’ 超声波测距原理
荡：输出高电平时，电 路 振 荡，发 送 /" N8X 的 超 声 波；输 出 低 电
超声波测距从机理上可以分 为 共 振 式 和 脉 冲 反 射 式 两 种， 平时，停止发送。
该设计采用后者。工作时由超声 波 发 射 极 发 射 超 声 波，同 时 开 ! L ! L % 多谐振荡器电路及其参数的设计
பைடு நூலகம்个信号电压 +) 和另 一 个 参 考 电 压 +’ 进 行 比 较，在 +) < +’ 和 +) = +’时，电压比较器输出 两 个 不 同 的 电 平，即 高 电 平 和 低 电 平。比较器的输出通常只有高电 平 和 低 电 平 两 个 稳 定 状 态，因
此它相当于一个受输入信号控 制 的 开 关，当 输 入 电 压 经 过 阈 值
开始
#"$
初始化
"
盲区延时子程序 ) :D
"
开 中 断 、等 待 回 波
$
G
"
有回波F
G # 显示最大距离F
E
E
"
中断信号处理子程序
"
距离计算子程序
"
-,3 码转换子程序
"
显示输出
"
延时
图 # 主程序流程图 #!! 串扰问题
设计中，超声波发射极和接收 极 距 离 较 近，这 样，当 发 射 极 发射超声波后，有部分超声波没 经 过 障 碍 物 反 射 就 直 接 绕 射 到 接收极上，这部 分 信 号 是 无 用 的，会 引 起 系 统 误 测。 设 计 中 采 用延时技术来解决这个问题，并设定延时时间为) :D，即在发射 极发射超声波 ) :D 内，通 过 软 件 关 闭 所 有 中 断，接 收 电 路 对 此 期间接 收 到 的 任 何 信 号 不 予 理 睬，) :D 后 立 即 启 动 A%，这 时 接 收到的信号才有效，并 在 接 收 到 回 波 信 号 的 同 时，A% 停。 此 时 A% 所记录的 ,?@ 发送脉冲信号 的 前 沿 到 回 波 脉 冲 信 号 之 间 的 时间才是需要的。当然，这样设计的结果是系 （下转第 $B 页）
图 " 超声波接收电路 # 系统软件设计
系统软件部分包括主程序、中 断 子 程 序 和 其 他 子 程 序。 主 程序完成系统初 始 化 后 调 用 包 括 中 断 子 程 序 在 内 的 各 个 子 程 序完成距离测 量 并 显 示 输 出。 各 子 程 序 主 要 有：延 时 子 程 序、 距离计算子程序及 -,3 码 转 换 子 程 序 等。 主 程 序 流 程 图 如 图 & 所示。系统在软件设计过程中还涉及到以下问题：
始计时，超声波在空气中传播，当 碰 到 障 碍 物 时，由 于 其 良 好 的
如图 % 所示，系统中的多 谐 振 荡 器，由 两 个 反 相 器 ;,%* 和
反射能力而被 反 射，由 超 声 波 接 收 极 接 收，此 时 计 时 结 束。 记 超声波往返的时 间 为 !，根 据 " O #! $ ! 计 算 超 声 波 收 发 极 与 障 碍物之间的距离，这 就 是 通 常 所 说 的 渡 越 时 间 法，也 称 时 间 差 测距法。其中 # 为 超 声 波 波 速，与 环 境 温 度 有 关，在 测 量 精 度 要求高的场合要 考 虑 温 度 影 响，可 由 软 件 进 行 调 整 补 偿；在 测 量精度要求不是很严格的情况下，可以忽略温度的影响，认为 # 为常数，设计中取 # O ./" 5 P D L $ 硬件电路组成及原理
0*12 *34563，78*12 9:6 （#.))343 .? =31;,/01,) =,/>?,1*>+3 ,/9 !>*.7,*0./，@0/49,. (/0A3+-0*6 .? 5103/13 B "31;/.).46，@0/49,. $%%&%’，#;0/,）
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& 引言
口；( 个中断源。
与激光测距、红外线测距相比，超 声 波 对 外 界 光 线、色 彩 和
*+(),#! 单片机性价比高于 (",#% 系列单片机。
电磁场不敏感，更 适 于 黑 暗、电 磁 干 扰 强、有 毒、灰 尘 或 烟 雾 的 $ L $ 超声波发送电路
恶劣环境，在识别透明及漫反 射 性 差 的 物 体 上 也 更 有 优 势。 超
计 方 法 。 该 系 统 硬 件 结 构 简 单 、工 作 可 靠 ，有 良 好 的 测 量 精 度 和 灵 敏 度 。