超声波语音测距仪

　　0　引　　言

　　随着单片机控制技术的不断发展,检测技术日新月异。在距离测量的检测技术中,目前多采用时钟法和时差法实现距离的测量。这两种测量都是通过数字化方法显示其测量结果,这将给精确测量带来误差。另外,如果将其用于汽车间距离的测量,势必分散驾驶员注意力,其后果不堪设想。对此,本系统采用89C51单片机为控制核心,利用ISD2560语音芯片所具有的语音处理技术,实现测距更准确,测量结果语音化。同时,利用声波在空气中的传播特性,实现非视力范围的测量。

　　1　硬件电路设计

　　硬件电路由超声波发射与接收电路,音频译码电路,单片机和语音电路所组成。硬件系统原理框图如图1所示。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差Δt,然后求出距离S。距离S的计算公式如式(1):S= vΔt/2 (1)

　　这样,当测得超声波发射和接收回波的时间差和传播速度(声速)已知的情况下,就可以精确计算出发射点到障碍物之间的距离。

　　1.1　超声波发射及驱动电路

　　超声波发射及驱动电路由功率放大电路和超声波发射传感器组成。原理电路如图2所示。放大器输入端获得一个来自单片机送来工作频率为40 kHz的脉冲信号。通过功率放大电路放大到足够大的能量(增加超声波的传播距离),该能量加给超声波发射传感器,驱动超声波发射头,并发射出40 kHz脉冲波,通过空间向外传播出去。

　　1.2　超声波接收及信号放大电路

　　超声波接收电路由高速运算放大电路和超声波接收传感器组成。原理电路如图3所示。

　　超声波在空气中传播时,其能量衰减程度与传播距离成正比,所以超声波传感器接收信号一般在1 mV ~1 V之间。为了便于使用,接收电路采用了由LM318高速运算放大器组成两级信号放大电路对其进行放大,以满足增益带宽和转换速率的要求。当超声波接收传感器接收到返回的超声波信号,接收传感器将超声波脉冲变为交变电信号,经放大器放大后送至音频译码器进行处理。

　　1.3　音频译码电路

　　音频译码电路主要由LM567音频译码器组成。电路原理图如图4所示。

　　音频译码器外接元件确定频率带宽和输出延迟,通过试验确定元件参数。电路接收到超声波接收电路送来的交变电信号,当信号大于25 mV ,经音频译码器检波后,译码器输出信号由高电平跃变为低电平,作为中断信号送至单片机。

　　1.4　语音电路

　　语音电路以ISD2560语音芯片为核心器件,该器件实现录、放音非常简单,只需少量外围元件就可以组成语音电路,电路如图5所示。