基于一种高精度超声波测距仪的研究

　　引言

　　随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被广泛应用于多个领域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD探测、雷达测距、激光测距等。超声波测距是一种无损检测技术的表现形式，在实际生活中由于它方向性强，在空气中能量消耗缓慢，并且不受周围环境的影响，在电磁场中衰减小，所以被广泛使用在倒车、测距等领域。

　　1 超声波测距原理分析

　　能够完成产生超声波和接收超声波功能的装置就是超声波传感器，也称为超声波换能器或超声波探测器。超声波传感器在测量过程中，声波信号由压电陶瓷超声传感器T40-16T发出，经液体或固体物体表面反射后折回由同一传感器T40-16R接收，通过测量声波的整个运行时间，从而实现物位的测量。

　　本系统采用脉冲法测距原理实现距离的测量，其测距原理图如图1所示，超声波传感器在向空气介质中发射声脉冲信号，声波遇到被测物体后反射回来，如果测出第一个回波到达的时间与发射脉冲间的时间差t，则利用s=1/2vt，那么就可以计算出传感器与反射点之间的距离s。测量距离，如果s>>h 时，则d≈s。本系统采用收发同体传感器,故h=0 ,d=s=1/2vt。

　　2 系统设计结构及工作原理

　　本文所设计的超声波测距仪主要由AT89C52单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、测试结果显示电路和电源共五部分组成。其工作原理是首先由单片机驱动产生11.0592MHz振荡频率，由超声波发射探头发送出去，在遇到障碍物反射回来时由超声波接收探头检测到信号，然后经过滤波、放大、整形之后送入单片机进行计算，把计算结果输出到LED液晶显示屏上。

　　3 系统硬件电路设计

　　本设计系统的硬件由中心控制单元MCU、显示电路、发射接收电路、功能选择、收发同体传感器和电源等组成，而在这里只介绍发射电路和接收电路的工作过程。

　　3.1 超声波发射电路分析

　　本系统由单片机产生40KHz的方波，并通过单片机的P1.0口接到CD4069，而后面的CD4069则对40KHz频率信号进行调理，以使超声波传感器产生谐振。发射电路如图2所示。单片机P1.0为超声波脉冲发射端，P1.1为超声波发射驱动电路CD4069电源控制端，当要发射超声波时启动 CD4069 的电源，发射后关闭其电源，以减小超声波 T 带来的干扰,因为电源可能不是十分稳定，含有很小的高频的交流成分，尽管很小，但传到超声波发射端T时，会发射出去，引起接收的干扰。本发射电路在一定程度上减小了T对R的干扰。要进一步减小其干扰，就是让VDD=VCC，同时要求电源绝对的稳定，不受Q1开关的影响，否则接收电路 LM324电压比较的参考电压将会受到影响。