本文簡要介紹了基于單片機的超聲波測(ce)(ce)距(ju)儀(yi)的(de)(de)(de)主要(yao)硬件(jian)電路。隨著(zhu)檢測(ce)(ce)技術研究的(de)(de)(de)不(bu)時深入，對(dui)超(chao)聲檢測(ce)(ce)儀(yi)器的(de)(de)(de)功(gong)能要(yao)求越來(lai)越高，單數碼(ma)顯示的(de)(de)(de)超(chao)聲檢測(ce)(ce)儀(yi)測(ce)(ce)讀會帶來(lai)較大的(de)(de)(de)測(ce)(ce)試(shi)誤差。進一步要(yao)求以后生產(chan)的(de)(de)(de)超(chao)聲儀(yi)能夠具(ju)有雙顯及內帶有單板機的(de)(de)(de)微處(chu)理功(gong)能。

   保守的測(ce)距方式在某些特殊場所存在不可克服的缺陷。如液面(mian)測(ce)量、井下(xia)測(ce)量等受到(dao)(dao)很大(da)的限制(zhi)。利用(yong)(yong)(yong)超聲波測(ce)距可解(jie)決(jue)這些問題，因此超聲波測(ce)距技術在工(gong)業控制(zhi)、勘探丈量、機器人定(ding)位等領域得到(dao)(dao)廣泛應用(yong)(yong)(yong)。所謂超聲波是指高于20KHZ機械波，具有強度大(da)、方向性好等特點。本系統選用(yong)(yong)(yong)M68HC08單片機為控制(zhi)部(bu)件。

   一、設計原理

   當超(chao)聲波從空(kong)氣中垂直入射到汽油、木(mu)材、鋼(gang)材時，幾乎發生全(quan)反(fan)(fan)射，這(zhe)樣，反(fan)(fan)射回(hui)來的回(hui)波具有(you)足夠的能(neng)量被接收(shou)探頭所接收(shou)，為超(chao)聲波測距創造了可能(neng)性。

"    如圖1所示，超聲波測(ce)距原理是(shi)通過(guo)超聲波發射(she)(she)傳感器向某一方(fang)向發射(she)(she)超聲波，發射(she)(she)時(shi)(shi)刻(ke)的同時(shi)(shi)開始(shi)計(ji)(ji)時(shi)(shi)，超聲波在空(kong)氣(qi)中(zhong)(zhong)傳播(bo)，途中(zhong)(zhong)碰到(dao)(dao)障(zhang)礙物(wu)就立即返回來，超聲波接(jie)收器收到(dao)(dao)反(fan)射(she)(she)波就停止計(ji)(ji)時(shi)(shi)。常溫下超聲波在空(kong)氣(qi)中(zhong)(zhong)的傳達速度為C=340m/根據計(ji)(ji)時(shi)(shi)器記錄的時(shi)(shi)間(jian)t就可以計(ji)(ji)算動身射(she)(she)點距障(zhang)礙物(wu)的距離(li)(S即：s=c*t/2=c*t0t0就是(shi)所謂的渡越時(shi)(shi)間(jian)）

   二、超聲波測距系統硬件(jian)設(she)計總體方案

   本系統中選用的探(tan)頭是40KHz超聲(sheng)傳(chuan)(chuan)感器(qi)，有(you)一(yi)(yi)支(zhi)接收傳(chuan)(chuan)感器(qi)SZW-R40-10P和一(yi)(yi)支(zhi)發射傳(chuan)(chuan)感器(qi)SZW-S40-12M

   MC68HC908GP32單片(pian)機(ji)是Motorola公司的(de)第2代8位(wei)微控(kong)制器，由(you)于(yu)其高性價比(bi)，非常適用于(yu)中(zhong)小型MCU開發商和生產廠家的(de)歡迎。這類MCU指令集非常精簡(jian)，容易被用戶掌握(wo)。其主要(yao)硬件資源有(you)(you)：片(pian)內(nei)(nei)307字節的(de)監控(kong)ROM32KB片(pian)內(nei)(nei)FLA SH存儲器和512BRA M33根通用的(de)I/O引腳，2個16位(wei)的(de)雙(shuang)通道定時器接口模塊，外部中(zhong)斷，同時具有(you)(you)看(kan)門狗監視復(fu)(fu)位(wei)，低(di)電壓極限檢(jian)測(ce)復(fu)(fu)位(wei)，非法指令檢(jian)測(ce)復(fu)(fu)位(wei)等，使得應用系統免除了進(jin)入死(si)循環的(de)危險(xian)。

一）發(fa)射(she)電(dian)路(lu)。本(ben)系統采用(yong)方波調(diao)制(zhi)的(de)(de)脈(mo)沖發(fa)射(she)電(dian)路(lu)，即(ji)采用(yong)單(dan)片(pian)機的(de)(de)PORTA 4口(kou)作為IO口(kou)，同時外(wai)接驅(qu)動芯片(pian)來提高其輸出(chu)電(dian)流的(de)(de)驅(qu)動能力，保證(zheng)40KHz脈(mo)沖信(xin)號有(you)一定(ding)的(de)(de)功率。單(dan)片(pian)機產生以5個40KHz為一組的(de)(de)脈(mo)沖群，加到(dao)壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)上(shang)能使晶(jing)片(pian)發(fa)出(chu)超聲波，當信(xin)號為高電(dian)平時，發(fa)射(she)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器兩(liang)端就加上(shang)了高電(dian)壓(ya)，內部(bu)的(de)(de)壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)開(kai)始(shi)振(zhen)動，此(ci)時接收傳(chuan)(chuan)(chuan)感器的(de)(de)兩(liang)端可(ke)以檢測到(dao)有(you)40KHz信(xin)號；當信(xin)號為低(di)電(dian)平時，發(fa)射(she)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器通過(guo)回(hui)路(lu)放(fang)電(dian)，此(ci)時接收傳(chuan)(chuan)(chuan)感器可(ke)以接收到(dao)回(hui)波信(xin)號。

   二）接收前(qian)置及帶通(tong)放大(da)電路(lu)(lu)。放大(da)電路(lu)(lu)共有三級(ji)：前(qian)置放大(da)器是高阻抗輸(shu)(shu)入級(ji)，高輸(shu)(shu)入阻抗是為了與傳感器的高阻抗匹配。

   課題(ti)中的(de)帶通放(fang)大器(qi)采用(yong)了集(ji)成濾(lv)波(bo)器(qi)MA X275這是一款連續時間模擬集(ji)成有源濾(lv)波(bo)器(qi)，片內硬(ying)件由(you)四(si)個運算(suan)放(fang)大器(qi)及(ji)若干電(dian)(dian)(dian)阻(zu)電(dian)(dian)(dian)容(rong)組成。MA X275組成的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)具有外接元(yuan)件少(shao)、結(jie)構簡(jian)單(dan)、參數調(diao)整方便(bian)和不(bu)受(shou)運算(suan)放(fang)大器(qi)自身頻率特性(xing)影(ying)響(xiang)等(deng)優點；由(you)于沒有外接電(dian)(dian)(dian)容(rong)，而且是單(dan)片結(jie)構，因而高頻場所時受(shou)分(fen)布電(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)較(jiao)小。MA X275使用(yong)±5V電(dian)(dian)(dian)源，電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)流最大不(bu)超過30mA

   三）LED顯(xian)示(shi)電路。MA X7219就(jiu)是(shi)一種高性能(neng)，低價格的(de)(de)多(duo)位LED顯(xian)示(shi)驅動(dong)(dong)器，可(ke)(ke)(ke)同(tong)時驅動(dong)(dong)8位共陰極(ji)LED或64只獨立的(de)(de)LED發光二極(ji)管，其(qi)內部(bu)具有14*8RA M數(shu)字和功能(neng)控(kong)制寄(ji)存器，可(ke)(ke)(ke)方便的(de)(de)對(dui)每位數(shu)字進行(xing)單獨控(kong)制，刷(shua)新(xin)，不需重寫整個顯(xian)示(shi)器寄(ji)存器。如圖(tu)5通(tong)信方式采用串行(xing)數(shu)據方式，可(ke)(ke)(ke)與68HC08系列(lie)的(de)(de)任何一種微控(kong)制器方便的(de)(de)接口，廣泛應用在(zai)條狀圖(tu)形顯(xian)示(shi)器，7段數(shu)碼管顯(xian)示(shi)器，工業控(kong)制器顯(xian)示(shi)模(mo)板(ban)，面(mian)板(ban)表與LED矩陣(zhen)顯(xian)示(shi)屏(ping)等眾多(duo)場合。

   三、結論(lun)

   本系統在空氣中丈量范(fan)圍為03m左右，對(dui)固體，液體外表均可測量，但要求(qiu)被測外表比擬光滑(hua)平坦，確保超聲波能夠被反射(she)回來，并被探頭接收。實驗中，對(dui)8260cm范(fan)圍進行丈量，經(jing)誤(wu)差彌補后近距離是最大誤(wu)差達30mm線性(xing)度，穩定(ding)性(xing)和重復性(xing)都比較好