超声波测距设计方案_网资 .pdfVIP

基于单片机的超声波测距仪设计

1目的

1.1选择超声波测距的原因

超声波测距是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的,相对于

其它诸多测距方法而言,超声波测距的优点突出。运用到现代距离测量的新要求

的现代装置中,相对于智能小车、红外感应太阳能路灯控制系统和液晶显示，我

认为我们的优势十分明显。

智能小车他们工序过于繁琐，虽然可利用程度最高，但很难在短时间内完成

这样一个高质量的任务。

红外感应太阳能路灯控制系统，虽然能完成，但以后的发展空间不大，在现

在几乎已经非常普及了。

液晶显示，虽然前卫，但发展空间已不大。

2本设计的主要研究内容

2.1超声波测距的原理

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

t

测出发射和接收回波的时间差，然后求出距离

ct

S(1-1)

2

式(1-1)中的c为超声波在空气中传播的速度。

2.2设计的主要内容

单片机控制超声波模块发射及检波接收，其系统原理框图如图1所示。

图1超声波测距系统框图

通过P1.0发一个40KHz的方波脉冲信号，遇被测物反射后回波被超声波接

收换能器接收。进行相关处理后，输入单片机的INT0（P3.2）脚产生中断，计

算中间经历的时间,然后根据公式（1-1）算出距离。

3超声波测距硬件电路设计

3.1超声波测距系统电路总体设计方案

由单片机STC89s52编程产生40KHz的方波脉冲，由P1.0口输出，就可以

在接收口P3.2（Echo引脚）等待高电平输出。一旦有高电平出处，即在模块中

经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反

射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及

一系列处理，接收口P3.2口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。单片机

利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距

离，并由液晶显示出来。

该测距装置是由超声波模块、单片机和LCD显示电路组成。传感器输入端

与发射接收电路组成超声波测距模块，模块的输出输入端与单片机相连接，单片

机的输出端与显示电路输入端相连接。其时序图如图3-1所示。

图2时序图

超声波测距模块的发射端在T时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，

0

当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停

止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出

距离。

4超声波测距系统电路各部分模块的设计

4.1超声波发射接收电路的设计

4.1.1超声波发射部分

超声波发射部分是为了让超声波发射换能器TCT40－16T能向外界发出40

kHz左右的方波脉冲信号.编程由单片机P1.0端口输出40kHz左右的方波脉冲信

号，由于单片机端口输出功率不够，40kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个

由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量

距离要求，最后送给超声波发射换能器TCT40－16T以声波形式发射到空气中。

发射部分的电路，如图2所示。图中输出端上拉电阻R31，R32，一方面可以提

高反向器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻

尼效果，缩短其自由振荡的时间。

4.1.2超声波接收部分

上述TCT40－16T发射的在空气中传播，遇到障碍物就会返回，超声波接收

部分是为了将反射波(回波)顺利接收到超声波接收换能器TCT40－16R进行转换

变成电信号，并对此电信号进行放大、滤波、整形等处理后，这里用索尼公司生

产的集成芯片CX20106，得到一个负脉冲送给单片机的P3.2(INT0)引脚，以产

生一个中断。接收