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基于MAXQ7667超声波测距系统硬件设计

【摘要】超声波定位一被广泛的应用，其原理简单，实现起来比较容易。本

文介绍的超声波测距系统是基于MAXQ7667作为控制器，设计发射，接收和温

度补偿检测电路，再利用MAXQ7667自身的高信噪比及数字信号处理能力，设

计出的有比较高精度的测距系统。

【关键词】MAXQ7667；超声波；温度补偿检测

1.引言

超声波是由机械振动产生的，可以在固，液，气等状态下的介质中以不同的

速度传播。超声波具有定向性好、能量集中、反射能力较强等特点，且由于超声

波检测技术具有不受光线影响、结构简单、成本低、信息处理可靠、易于小型化

和集成化等优点，被广泛使用于移动物体定位及导航系统。在科技飞速发展的今

日，超声波定位及导航技术应用于众多领域，例如交通管理，物流监控，安保防

护，医疗诊断，恶劣环境监测，军事制导等领域均能见到超声波定位及导航技术

的丰富应用案例[1]。本文应用基于Maxim公司的微控制器MAXQ7667进行了

超声波测距系统的硬件设计，可用于一定距离内的高精度测距。

2.超声波测距原理

超声波的谐振频率一般高于20kHz，且为直线传播，频率越高，反射能力越

强，而绕射能力越弱，因此在遇到障碍物的时候会发生反射，利用这一特性，在

超声波测距中常常用发射和接收所用的时间换算成所要测量的距离，如图1所

示。若假设介质中声波的传播速度为m/s，发射和接收的时间差为s，就可以算

出发射点与反射点的距离m：

（1）

其中超声波在该介质中的传播速度，在固体中传播最快，在气体中传播最慢，

且与温度有关[2]，所以如果环境变化显著，就不得不考虑温度补偿的问题。空

气中声速与温度的关系可以表示为：

（2）

式中T为环境温度，单位为摄氏度（℃）。从上述式子可以看出，温度没变

化1℃，风速大概就变化0.6m/s。在常温（25℃）下，忽略其他外界的干扰，传

播速度大概为346.6m/s。所以在测距之前我们因先对温度进行检测，从而得到当

时超声波在空气中传播的速度。

3.超声波测距系统硬件设计

3.1MAXQ7667单片机

MAXQ7667是Maxim公司生产专门用于超声波检测的混合信号上系统控制

器。该控制器被广泛的应用用于包括带有微弱输入信号的远距离测量或者多目标

识别。其中集成了脉冲信号发生器和回声接收组件用来处理25kHz到100kHz之

间的超声波信号。每组接收组件是由一个可编程增益低噪声放大器（LNA）、一

个将接收到的回声信号数字化的16位sigma—deltaADC，以及数字信号处理器

（DSP）组成。可编程锁相环（PLL）频率合成器为瞬时脉冲群发生器提供参考

频率，并为回声接收器的数字滤波器提供时钟。MAXQ7667通过监控每个回声

信号实现了智能传感，然后主动改变发送和接收参数，从而得到理想的结果。数

字滤波器和瞬时脉冲合成不需要CPU的介入。这使得CPU能够全力应用于回声

优化、通信、诊断信息和额外的噪声处理。

MAXQ7667的主要应用领域为汽车泊车、汽车安全、工业处理、自动化、

手持式设备。MAXQ7667主要特性[3]：（1）智能模拟外设；（2）高性能、低功

耗、16位RISC内核；（3）带48为存储器的16位*16位硬件乘法器，单时钟周

期完成运算；（4）电源管理模式。则用MAXQ7667设计的最小系统如图2所示。

此最小系统主要包括MAXQ7667电源电路、复位电路、晶振电路、JTAG

下载调试电路。

3.2超声波的发射与接收电路设计

本文设计的超声波发射电路是基于MAXQ7667产生的低电压信号转换为可

以驱动超声波发射传感器的高电压的电路，其中超声波发射传感器为圆柱体压电

陶瓷传感器，驱动电压为400Vpp左右的交流电压，其频率为30～40kHz时发射

超声波效率最高，如图3所示。电压