基于单片机的超声波测距系统的设计

(2-2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。

v=331.4+0.607T （2-2）

式中，T 为实际温度单位为°C，v 为超声波在介质中的传播速度单位为m／s。

表2-1 温度对声速的影响

2.2 总体方案确定

本设计是在超声波原理的基础上，完成了基于时差测距原理的一种超声波测距系统设计。测距仪以AT89S52芯片为核心，74LS04组成的超声波发射电路、并由超声波处理模块CX20106A、LED显示模块等器件组成，包括单片机系统、超声波发射电路、超声波接收电路、LED显示电路。依据实际的测量精度要求添加温度补偿电路，避免了环境误差，能够清晰稳定的显示结果。

由单片机发出40kHz的方波信号进入超声波发射电路，经功率放大芯片放大后进入超声波发射头。超声波发射头发射的超声波在空气中传播一段时间后经前方被检测物体反射回来，由超声波接收头接收，超声波电路中的接收芯片对信号放大整形，超声波接收电路接收回波后发出一个下拉电平使单片机进入中断程序，在中断程序中，单片机从温度检测电路读取数值并换算成当前温度下的声速，应用时差法计算所检测的距离，最后所有的数据都在LED显示电路上显示。结构图如图2-2所示。

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基于单片机的超声波测距系统的设计

图2-2 系统结构图

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基于单片机的超声波测距系统的设计

第3章 硬件电路设计

3.1 单片机及显示电路设计

硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用STC89C52 或其兼容系列。采用12MHz 高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0 端口输出超声波换能器所需的40kHz 的方波信号，利用外中断0 口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4 位共阳LED 数码管，段码用74LS245 驱动，位码用PNP 三极管驱动。

LED数码管结构简单，价格便宜。图3-1示出了八段LED数码显示管的结构和原理图。图3-1(a)为八段共阴极数码显示管结构图，图3-1(b)是它的原理图，图3-1(c)为八段共阳LED显示管原理图。八段LED显示管由八只发光二极管组成，编号是a、b、c、d、e、f、g和SP，分别与同名管脚相连。

图3-1 LED结构图

3.2 超声波发射电路

超声波发生器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头的型号选用CSB40T（其中心频率为40KHz）。可以采用软件产生40KHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经过动器驱动后推动探头产生超声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但是需要设计一个驱动电流为100mA以上的驱动电路。第二种方法是利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动超声波换能器产生超声波。这种方法的特点是无

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基于单片机的超声波测距系统的设计

需驱动电路，但缺乏灵活性。本次我们采用第一种方法产生超声波，非门可以选用74LS04，具体电路如图3-2所示。

图3-2 发射电路图

从图中可知，当输入的信号为高电平时，上面经过两级反向CSB40T的1引脚为高电平，下面经过一级反向后为低电平；当输入信号为低电平时，正好相反，实现了振荡的信号驱动CSB40T，只要控制信号接近40KHz，就能产生超声波。

3.2.1 40kHz 脉冲信号的产生与超声波发射

测距系统中的超声波发生器采用UCM40 的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz 的脉冲信号，这个信号可由单片机的P1.0 端口来产生，其40kHz 的脉冲信号产生程序如下： for(i=0;i<8;i++) { _nop_(); TX!=TX;

)

P1.0 输出的40kHz 脉冲信号经三极管T 放大，驱动超声波发射头UCM40T，发出40kHz 的脉冲超声波，且持续发射200us。右侧和左侧测距电路的输入端分别接P1.1和P1.2 端口，工作原理与前方测距电路相同。

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