基于单片机的超声波测距系统实现(3)

路。第一级中R3为集电极负载电阻；R2为偏流电阻，同时引入了交直流并联电压负反馈，可以较有效的稳定静态工作点，改善非线性失真以及增益的稳定性；R4是发射极负反馈电阻，引入直、交流串联电流负反馈，具有稳定工作点、增益、改善失真、提高输入阻抗等作用。

图 3.14 分立元件构成的超声波接收电路 (2) 由运算放大器构成的接收电路

图3.15是由运放构成的超声波放大电路，该电路的形式在其他应用中经常遇到，特点如下：

1）一般式用运放组成的放大电路都要求对称的正负电源供电，这里以单电源供电，输出端的静态电位必须设置在1/2的电源电压，这由同相输入端的点位来确定，R1和R2分压取得1/2的电源电压加到运放的同相输入端，使其电位1/2电源电压。

2）采用同相端输入方式其输入阻抗高，超声波接收传感器的输出信号接到放大器的同相端，有利于超声波传感器充分发挥接收灵敏度和自生的选频作用。 3）反相端对地不提供直流通路，因此通过隔直电容C2提供直流通路。

图 3.1.5 运放构成的超声波接收电路

(3) LM1812收发集成电路构成

LM1812是一种专用于超声波接收和发送的集成电路，它即可做发送电路，又可以做接收电路使用。如下图所示：

图 3.16 由LM1812构成的接收电路 (4) CX20106构成的接收电路

图 3.17 CX20106构成的接收电路

以上为常用的发射和接收电路，分立元件构成的收发电路容易受到外界的干扰，体积、功耗也比较大。而集成电路构成的发射和接收电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以首先考虑采用集成电路来

组成收发电路。

在由集成电路构成的收发电路中，发射电路我们选用由非门构成，接收电路采用由红外接收检波芯片CX20106构成，主要是考虑到系统的调试简单、成本低、可靠性好。

3.2单片机主机系统电路

本次我们采用了Atmel 公司的AT89S52,该单片机主要特点如下：

(1) AT89S52系列单片机以8051为内核，兼容MCS-51系列单片机。

(2) AT89S52系列单片机内、内部含有Flash存储器，在系统开发可以反复擦写。 (3) AT89S52采用静态时钟方式，可以节省电能。 (4) AT89S52支持ISP（在线编程），不需要把单片机从电路板取下来就可以擦写

程序。

(5) AT89S52晶振频率高达24M，运行速度更快。 (6) AT89S52价格也比较便宜 6元/片

(7) 增加了看门狗电路，防止程序“走飞”，更加安全可靠。 3.2.1单片机电路

图3.2.1 单片机主电路

引脚功能：P0口用来送显示信号给LCD的数据为，P20~P22送命令到LCD控制LCD的显示方式。P3.7为DS18B20温度数据采集端。P1.0接测量按键。

单片机在RESET端加一个大于20ms正脉冲即可实现复位，上电复位和按钮组合的复位电路如下：

在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位，即 RC 20ms。一般取R 1K ，C 22uF。 当人按下按钮S1时，使电容C1通过R1迅速放电，待S1弹起后，C再次充电，实现手动复位。 R1一般取200 。

图3.2.2 复位电路

3.2.3 时钟电路

当使用单片机的内部时钟电路时，单片机的XATL1和XATL2用来接石英晶体

和微调电容，如图所示，晶体一般可以选择3M~24M，电容选择30pF左右。我们选择晶振为12MHz,电容33pF。

图3.2.3 时钟电路

我们通过P1.0来启动测量，程序中通过查询P1.0的电平来检测是否按键被按下，电路原理如下：

当按下按键时P1.0为低电平，单片机通过 查询到低电平开始测量距离，当松开按键，P1.0即为高电平。在软件中通过软件延时来消除按键的机械抖动。

图3.2.4按键电路

3.2.5 蜂鸣器电路

本次设计通过一只蜂鸣器来提示用户按键按下了，现在单片机开始了测距。蜂鸣

器时一块压电晶片，在其两端加上3~5V的直流电压，就能产生3KHz的蜂鸣声。电

路如图3.2.5

通过单片机软件产生3KHz的信号从P3.7口送到三极管9.13的基极，控制着电压加到蜂鸣器上，驱动蜂鸣器发出声音。

图 3.2.5蜂鸣器电路

3.3超声波发送电路

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（“也称为超声波换能器”）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：

图 3.3.1 超声波发送电路

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。

3.4超声波接收电路

超声波接收包括接收探头，信号放大以及波形变换电路三部分，超声波接收探头

必须与发送探头相同的型号，否则可能导致接收效果甚至不能接收。由于超声波接收探头的信号非常弱，所以必须用放大器放大，放大后的正弦波不能被微处理器处理，所以必须经过波形变换。本次设计为了降低调试难度，减少成本，提供系统可靠性，所以我们采用了一种用在彩色电视机上面的一种红外接收检波芯片CX20106，由于红外遥控的中心频率在38KHz，和超声波的40KHz很接近，所以可以用来做接收电路。CX20106是日本索尼公司的产品，采用单列8引脚的直插式封装，内部包含自动偏置控制电路、前置放大电路、带通滤波、峰值检波、积分比较器、斯密特整形输出电路，配合少量外接元件就可以对38KHz左右的信号的接收与处理，该芯片内部如下图所示：

图3.4.1 CX20106内部结构