超聲波測距系統(tǒng)設計方案

1、超聲波測距系統(tǒng)設計方案超聲波測距系統(tǒng)作為一種經(jīng)典的非接觸式測量技術，包含了電子，材料，物理等學科的知識理論，其應用領域也十分的廣泛。超聲波作為聲波的一種，有著和聲波同樣的 性質：它的產(chǎn)生來源于振動，另外，在不同物體中的傳的速度也是不一樣的。超聲波測 距傳感器在粉塵多，光線暗或有其他電磁干擾的情況下，性能幾乎不受影響，所以，現(xiàn) 代社會中，許多地方都可以用到。例如：建筑施工測量，智能機器人，汽車倒車雷達， 油箱液位測量等。1. 1系統(tǒng)設計背景在過去許多科學家的研究基礎之上， 我們已經(jīng)知道用許多種不同的方法來測距， 不 再局限于傳統(tǒng)的簡單的接觸式測量器具，我們今天的電子技術正以飛一般的速度向前推 動

2、著大量非接觸式測距儀的發(fā)展。近幾十年以來，關于非接觸式測量系統(tǒng)的研究包含以 下幾類：激光，微波，紅外線及超聲波。這其中，激光的測量精度較高，但其有個很大 的缺點，就是極易受到周圍環(huán)境的影響，而且激光測距系統(tǒng)后期的檢測和維護成本較高， 所以會產(chǎn)生較高的費用，很難推廣到日常生活和工作中去，一般用于高端專業(yè)領域，如 軍事類。而對于微波雷達測距來說，電路部分的制作成本就非常之高，也只用于專業(yè)領 域，如軍事和工業(yè)類。紅外線測距雖然造價便宜，但其不能達到高精度，且方向性不好。 另外，紅外線傳播速度為3X 108米/秒，速度之快，相較于超聲波在普通情況下的速度 來說，紅外線是超聲波的八十多萬倍。因此，利用超

3、聲波測距能大大增加時間(同樣的 距離下)，使得測量更容易，誤差更小。超聲波測距系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：(1)可以用于空氣中，液面下和固體等傳播介質中測量，應用靈活；(2)不易受光影響，在黑暗及煙霧環(huán)境下都可使用，不易受電磁場影響，使人可以 遠離這些惡劣工作環(huán)境；(3)制作起來不復雜，該成品預計價格不貴，而且體積不大，還非常容易集成；由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上這些特點而被廣泛的應用。 隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展， 超聲波測距技術在汽車制作，國防安全，工業(yè)制造及日常生活中都隨處可見。 目前的系 統(tǒng)主要采用單片機微核心，結合溫度補償電路等模塊組成，由于計時的精確度和電路的影響，現(xiàn)有超聲波的測量區(qū)間大致在 0.2

4、米到20米之，誤差為毫米級，存在幾十厘米 的盲區(qū)。綜上，超聲波測距系統(tǒng)應用廣泛，為了滿足未來技術參數(shù)的精度需求，我們需 要在高精度方向做出深入研究，解決這個技術難題以面對更加高的市場需求，因此這項技術的研究將有重大的意義。. 2國外研究現(xiàn)狀首先，從國外來看，最先的研究記錄是18世紀70年代的科學家高爾頓所做的氣哨 實驗，這是我們?nèi)藗冇惺芬詠淼牡谝淮瓮ㄟ^實驗產(chǎn)生的高頻聲波，后來的 30年，超聲 波的概念仍舊很少有人知道，再加上那時的技術方面的達不到要求，對超聲波的研究產(chǎn) 生了難以逾越的鴻溝。直到第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，期間關于超聲波的研究漸漸地被人們 所看重。一個叫做朗之萬的德國科學家用了晶體傳感器

5、對超聲波進行發(fā)射和接收，這項研究是在水下進行的，且只能接頻率相對較低的超聲波。這項研究可以用來進行水下通 訊，另外，也可用于檢測水下物體，如水下潛艇，用于軍事領域。而后，超聲波的應用領域的研究也在逐漸擴大，到了 1928年，Sokolve首先提出 了關于超聲波探傷的研究，即利用超聲波的特性來檢查金屬器件是否存在裂痕或者缺損。 又過了兩年，另外一個科學家穆爾豪瑟獲取了一個德國專利，這個專利是針對超聲波檢 查方法的，這讓我們又看到超聲波的研究進了一步。1935年，Sokolve發(fā)表了一篇論文， 詳細的介紹了他的研究結果。就是在液體的實驗槽里進行穿透測試， 并記錄了穿過實驗 物的超聲能量。因為在液體

6、之中實驗會很容易得觀察到波紋。德國的貝格曼在他的書超 聲波中，比較完整的介紹了大量的超聲波的資料。這是早期的比較系統(tǒng)的資料之一， 一直被奉為經(jīng)典。關于探傷儀的研究，最早出現(xiàn)于 Firsetone和Sprole的論文中。這是超聲波的應 用最廣的一面。根據(jù)此研究基礎，衍生出大量超聲波儀器，目前，超聲波在無損檢測中 發(fā)揮出無與倫比的作用。從國來看，目前超聲波在測試方面的研究成果比較多。 如國的測試研究所就在超聲 波測距方向做出了較為系統(tǒng)的研究并發(fā)表了諸多相關論著。這些論著詳細的說明了超聲 波測距的原理。還留下諸多相關實驗的數(shù)據(jù)結論，如，超聲波的傳播速度（即聲速）的 影響因素有哪些，波的特性在傳播過程

7、中對測距系統(tǒng)的影響分析。詳細可見于國家測試研究所超聲波原理及實踐技術，作者冒山。廈大的同峰教授提出了一種針對高精度測距的改進方法根據(jù)他的結論，測距之所廈大的同峰教授提出了一種針對高精度測距的改進方法根據(jù)他的結論，測距之所以有誤差，是由于對回波的脈沖檢驗方式有問題。他根據(jù)實驗，驗證了回波的包絡方程， 給出了軟硬件的設計方案。在智能機器人研究領域，超聲波測距也有不可缺少的作用。一個高精度的超聲波測距系統(tǒng)不僅能準確的引導機器人的行動，而且還能迅速的反饋周圍的環(huán)境狀況，為機器人完成各種復雜工作提供必要的輔助。我國的超聲波測距技術已經(jīng)趨于成熟， 但與發(fā)達國家相比，在精度方面還是差一大 截，我們想要進入現(xiàn)

8、代化的建設中去，就要提高速度和效率，而這些都是建立在高科技 水平，高質量的儀器之上的，所以我們還需加強研究，使得精度達到未來的需求，從而 為工業(yè)的發(fā)展做出貢獻。通過長時間的研究和發(fā)展，超聲波測距不僅僅是單一的技術了。 而且不斷加入各個其他的領域的知識， 結合了人類智慧的結晶。漸漸形成一個深入、實 用、值得探討的專業(yè)的研究方向。通過查詢相關資料了解到，我們國家使用的大多數(shù)高精度測距系統(tǒng)均來源于進口， 這在很大程度上對我國的經(jīng)濟和現(xiàn)代化的發(fā)展產(chǎn)生巨大的阻力，因此，我們需要增加在超聲波測距系統(tǒng)的研究經(jīng)費，使我國的測距裝置不僅能滿足自己本國的需要，還能出口到國外。超聲波測距原理和方案超聲波測距的基本理

9、論超聲波簡介所謂超聲波，跟普通聲波的區(qū)別是頻率圍不同。物理學上將它規(guī)定為頻率在20000赫茲以上的波。它具有很好的方向性，并且有著非同一般的穿透力。屬于比較容易獲取 的聲能中的一種。超聲波的使用圍也是很廣的，比如：測量，測量又分為速度的測量和 距離的測量；各種需要殺滅細菌的環(huán)境；超聲波的能量還可用于破碎物體，用于分割等。 因此不難看出，超聲波的應用領域不受限制，即可用于軍事也可用于日常生活， 對工農(nóng) 業(yè)和醫(yī)療業(yè)也有著巨大作用。說道超聲波的命名來源，顧名思義，超過聲音的波，人類 的聽力是無法接收如此高頻率的波的。 雖然如此，但其本質還是聲波，因此能滿足聲波 的各種特性，也就是說，聲波的規(guī)律對于超

10、聲波也完全適用。聲波是一種傳遞了物體運動的能量，比如，桌子被拍打，桌面就會產(chǎn)生上下運動， 從而傳播聲音。聲波的特性很多，首先，聲音在同一環(huán)境下的傳播速度是一個定值。其 次，遇到障礙后一部分聲波會被反彈回來。第三，聲波傳出去以后，距離越大，衰減也 就越大。最后，也是最重要的一點，超聲波傳播的方向是直的，這就使得超聲波用于測 距有了一個很好的基礎條件。超聲波與傳播介質的關系當超聲波在通過幾種不同的媒介時，在這兩個介質交界的地方會發(fā)生折射和反射兩 種現(xiàn)象。根據(jù)物理的反射、折射等定律可知，波的傳播遵守如圖2-1所示的規(guī)則。圖2-1超聲波的反射、折射規(guī)律超聲波沿x正向傳播的運動方程為:(2-1 ) (2

11、-2 )其中，A(x)代表超聲波的振幅(質點位移的大小)、代表角頻率、 t代表時間、 A則是常數(shù)、x代表傳播的距離、k=2：t/人代表波數(shù)，入代表波長，a代表衰減的系數(shù)。 且有如下關系：(2-3)上式中a代表介質常數(shù)，f代表振動頻率。超聲波的衰減，波在傳播當中，由于外界因素的影響，其具有的能會逐漸減小。造 成其減小的原因主要有波的發(fā)散、散射等。其衰減的規(guī)律可由以下公式表示：(2-4)(2-5)其中，P0代表聲音在x=0時候的聲壓，I0代表聲音在x=0出的聲強。？代表系數(shù), 單位是：奈培/cm。其衰減與距離的關系如表2-1所示：表2-1聲波衰減與距離的關系表L(cm)12510204080160

12、200幅值(mV141112867452413183經(jīng)研究證明，在介質中，聲音傳播速度會受到環(huán)境溫度的影響。通常，超聲波在空 氣中的向各個方向傳的速度約為 340 m/s。溫度變高后，一般情況下速度也會加快, 這兩者間的關系如表2-2所小：表2-2聲速與溫度關系溫度(C)-30-20-100102030100波速(m/s)313319325323338344349386用公式可表示為:(2-6)其中，T代表溫度超聲波換能器簡介超聲波傳感器，別名超聲波換能器，是超聲波測距系統(tǒng)里不可或缺的一個重要元件。 它的主要作用是完成電能和聲能的相互轉換。超聲波傳感器的種類多樣化，可分為壓電、電磁、磁滯、電動

13、等幾類。以上分類依據(jù)是基于實現(xiàn)超聲波的傳感器聲能和電能轉換的物理方式。 有一些特殊 的材料在接受一定壓力是會在其部產(chǎn)生一個電場， 這就是我們通常所說的壓電效應， 而 能達到這種效應的材料就是作為超聲波傳感器的核心部件。超聲波測距系統(tǒng)總體設計超聲波測距的具體方式有多種，可以采取檢測相位的方式，也可以采取檢測幅值的 方式，最普遍的度量時間的方式。具體來說就是，當聲波發(fā)射出去后，一旦遇到阻擋物就會被反彈回來，我們知道， 超聲波在空氣中相同溫度下是的速度是一個定值， 所以距離的計算很簡單了，只要得到 發(fā)出和接收到的時間差值，和通過查詢表格就能算出距離。具體計算公式如下：(2-7)其中，S為所求距離，T

14、為波來回的時間，V為當前超聲波傳遞的速度。該測距的原理可簡單的表示為圖 2-2所示：圖2-2超聲波測距原理圖系統(tǒng)框圖如圖2-3所示:圖2-3系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工作總流程說明：首先，系統(tǒng)初始化完成后，測溫電路開始工作，DS18B20芯片開始采集環(huán)境溫度并將最后采集到的數(shù)據(jù)送入單片機。AT89C52II片機白一個I/O 口發(fā)出一個40kHz的方波用于超聲波發(fā)射電路的輸入信 號并同時開啟計時器并初始化所有子程序，該信號經(jīng)超聲波發(fā)射驅動電路的處理后輸送 到超聲波的發(fā)射探頭。當信號到達被測目標后，立即被反射回來，而超聲波接收探頭將接收到的回波信號 經(jīng)行適當?shù)姆糯蟆＝?jīng)過一級放大的信號分兩路同時輸送到雙比較器整形

15、電路中去，如圖的A和B即為雙比較器整形電路的兩個比較器。 其中一路信號經(jīng)過TGC寸間增益補償電 路經(jīng)行增益處理，然后再次放大，通過雙比較器整形電路的 A比較器送入單片機。另外 一路信號直接進入雙比較器整形電路的 B比較器送入單片機。雙比較器設置了不同的閾值，A比較器用于測量遠距離的信號，B比較器用于測量 近距離的信號，因此不符合的信號會被完全屏蔽掉，系統(tǒng)的精度得到非常大的提升。單 片機收到回波信號后立即經(jīng)行中斷處理，獲取時間差值，即可計算出測量的最后結果。該測量結果由顯示電路輸出，該顯示模塊主要由74LS245鎖存器來驅動4個LED&碼管, 采用了動態(tài)顯示的方法，占用的I/O資源更少，充分發(fā)揮

16、了軟件作用。具體電路及芯片 選型將在下一章詳述。硬件設計硬件的選型主控單片機的選型本系統(tǒng)中，單片機主要用于控制超聲波的發(fā)射和接收， 與此同時，還要進行準確的 時間的記錄，也就是說需要在發(fā)送的同時啟動計時器， 并且在接收到回波的時候立刻停 止計時并將時間長度值返回，用于計算目標距離。其次，超聲波還要負責控制其他外圍電路，比如，本設計中的溫度補償電路采用了一塊收發(fā)溫度信號的芯片，由單片機控制，將環(huán)境溫度采集后進行查溫度與速度表，用于確定當前環(huán)境下具體溫度，最終目的是獲取當前環(huán)境的聲波的準確傳播速度，使得測距結果更加準確。止匕外，單片機還需要負責控制顯示電路， 將測量出的距離的結果通過LED數(shù)碼管直

17、 觀的顯示出來。經(jīng)過研究，選用AT89C52I片機作為電路的主控芯片，AT89C5怨Atmel 公司的一個經(jīng)典的MCU它有著低電壓的特點。是一個八位的高性能CMOS片，片有8K Bytes ISP的只讀程序存儲器，該存儲器可以多次的寫入和刪除數(shù)據(jù)，反復使用的次數(shù)高 達一千次。擁有可編程的Flash ,這些特點表明AT89C52可以滿足多種系統(tǒng)的需要，使 用的靈活性很高。AT89C52K片擁有40個引腳，充足的32個可編程雙向I/O 口，在該超聲波測距系 統(tǒng)中，這樣多的雙向I/O 可以使所有需要的外設電路方便的與單片機連接起來， 還有 3個16位定時/計數(shù)器。詳細來說，P0 口: 8位漏極的開路

18、雙向輸入/輸出口，作為輸 出口時，每位可以驅動8個TTL邏輯電平。特別地，P0口作為低八位地址/數(shù)據(jù)口時部 沒有上拉電阻，使用時需要外接上拉電阻。不同于 P0 口的是，P1 口是一個部有上拉電 阻的雙向輸入/輸出口，緩沖器輸出能驅動4個TTL邏輯電平。P1 口的第二功能如表3-1 所示：表3-1 AT89C52第二功能說明表弓1腳號第二功能P1.0T2 （定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入）、時鐘輸出P1.1T2EX （定日寸器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）續(xù)表3-1 :弓1腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外中斷0）P3.3IN

19、T1 （外中斷1）P3.4T0 （定時/計數(shù)器0）P3.5T1（定時/計數(shù)器1）P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）實物圖片如圖3-1所示:圖3-1 AT89C52芯片實物圖超聲波傳感器的選型本設計中選用的是型號為T/R40-18A的壓電式換能器，具體參數(shù)如表3-2所示:表3-2 T/R40-18A超聲波換能器相關參數(shù)型號中心頻率（kHz）發(fā)射聲壓最小電平（dB）接收最小靈敏度（dB）最小寬帶（kHz/dB）電容PF發(fā)射接收T/R40-18A40 1115-646/10060/-712400 土 25%該超聲波換能器分為發(fā)出超聲波的部分和接收超聲波的部分，電

20、磁的振蕩被發(fā)射端發(fā)出，接著轉換為超聲波然后發(fā)送到外界。收到的超聲波被接收器進行一定的處理，將 聲音和電這兩種能量進行轉換，最后使得接收到的信號變?yōu)殡娒}沖信號。 其中T為發(fā)出 端，R為接收端，它們一般是在同一系統(tǒng)中共存。工作原理簡單總結如下，在輸入40kHz的頻率下，壓電瓷、諧振片會被轉變成機械 的振動，接著就把超聲的這個信號的振動發(fā)到外界去。被發(fā)出的超聲波向空中各個方向不斷傳播，碰到物體后就立刻被反射回來。接收端隨即收到回來的這部分超聲波， 對部 的諧振片產(chǎn)生一個諧振，將接收的聲波轉換為電脈沖信號，接著將轉換后的信號輸入到 放大電路中，然后輸出最終信號。其頻率特性為圖3-2所示：(a)聲壓能級

21、曲線靈敏度曲線(a)聲壓能級曲線靈敏度曲線(b)圖3-2超聲波換能器頻率特性從圖中很容易看出，它的聲壓性能大約在40kHz時最優(yōu)，靈敏度也同樣。因此該測 距系統(tǒng)選用該頻率作為傳感器的工作頻率。圖3-3 T/R40-18A 實物圖溫度傳感器的選型本設計采用DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器作為測量和向單片機輸入環(huán)境溫度數(shù)據(jù) 的核心元件。DS18B2W度傳感器是一個以9位數(shù)字信息反映溫度值的一個器件， 通過一個單線 口既可以用來接收也可以用來發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機，因此，該芯片使用時只需和單片機用 一根連接線即可以達到讀取和傳送溫度值的目的，由于電源和信號是復合起來的，所以不需要另外加一個外界的電源就可以

22、工作。DS18B201電子元器件中最早的一個支持“一跟總線”的有三個接口的測量和傳遞 溫度的傳感器，該優(yōu)點可以靈活組建電路，而且更加經(jīng)濟，占用的體積更小。且每個 DS18B20E片都具有一個獨一無二的編碼，支持物聯(lián)網(wǎng)的尋址，DS18B20勺引腳如圖3-4 所示：NC匚 NC匚 NCNC匚 NC匚 NC匚 NC匚 NC,匚 N（,匚 1）1）匚DQ匚116口 NC23口 NC314二 NC413n51 1 NC611O NC10O NC89O GNIJ圖3-4 DS18B20管腳圖圖3-5 DS18B20測溫芯片實物圖引腳說明如表3-3所示:表3-3 DS18B20溫度傳感器引腳表16 腳 SS

23、OPPR35符號說明91GND接地82DQ數(shù)據(jù)車入/輸出腳。對于單線操作：漏極開路73VDD可選的VDDIWo注：上表中沒有提到的引腳均為空腳，沒有連接C P U模塊電路的設計CPU真塊主要用于控制各子電路的工作,電路原理圖如圖3-6所示:圖3-6 CPU模塊電路圖P0、P2.4-P2.7 口用于接顯示電路，P3.0 (RXD、P3.1 (TXD用于接用口通信電路，P3.2 (INT0)、P3.3 (INT1)用于接雙比較整形電路的2路輸入信號，P1.4用于發(fā)送40kHz的脈沖信號給超聲波發(fā)射電路，P1.6和P1.7用于接時間增益補償電路的數(shù)字電位器。另外AT89C52的VCCSI腳需要外接一

24、個5V直流電源，由電源模塊產(chǎn)生，GND 引腳接地。在XI、X2接時鐘電路，本設計中，由于測距系統(tǒng)需要采集超聲波發(fā)送和接 收的時間差，需要計時，故選用12 MHz的晶振，這樣分頻后就是整數(shù)，能使計時更加 精確。止匕外，RESET!于接復位電路，當單片機需要復位時按下開關 S1,外部復位電路 產(chǎn)生2機周以上的高電平，是單片機完成復位。電源電路的設計由于該系統(tǒng)需要用到5V的電源，為了保證系統(tǒng)的正常運行，設計如下電路，電路 原理圖如圖3-7所示：圖3-7電源電路原理圖圖3-7電源電路原理圖該電路主要作用是通過將220V的交流電變?yōu)榉€(wěn)定的5V直流電，用于系統(tǒng)的供電主要步驟如表3-4所示：表3-4標準電源

25、電路工作流程名稱作用降壓通過變壓器將220V降為9V整流將得到的9V電源通過整流橋，將交流電變成直流電，這樣做的好處是：即使粗心電源接反，也不用擔心單片機會被燒毀穩(wěn)壓通過三端正穩(wěn)壓電路 7805將電源年1壓成5V直流電源提供給系統(tǒng)使用濾波7805左邊兩個是降壓后的電源濾波電容，大電容旁邊并聯(lián)一個小電容的目的是降低續(xù)表3-4 :濾波高頻阻，大的電解電容等效電感較大，小電容提供一個小阻的高頻通道，降低電源的全頻濾波帶阻。右邊電容是 5V電源的濾波電容直流穩(wěn)壓電源的工作流程如圖 3-8所示：交流輸入電源變壓器通過以上步驟即可以得到系統(tǒng)所需的穩(wěn)定的 5伏直流電源，最后在該電源電路中并交流輸入電源變壓器

26、通過以上步驟即可以得到系統(tǒng)所需的穩(wěn)定的 5伏直流電源，最后在該電源電路中并聯(lián)了一個二極管，以便于觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)射電路的設計超聲波的發(fā)射器利用主要是利用超聲波發(fā)射探頭的壓電晶體振動從而帶動周圍空 氣振動來工作。超聲波發(fā)射包括兩部分的容：首先是超聲波的發(fā)射電路，本設計中選用 4069非門 組成，當輸入口輸入的信號為高時，經(jīng)過反相器變?yōu)榈碗娖?；當輸入口輸入信號為低時， 經(jīng)過反相器后變?yōu)楦唠娖剑@樣就實現(xiàn)了振蕩的信號，以此來對發(fā)射探頭進行控制。其 次是超聲波發(fā)射控制電路，采用軟件控制的方式，從單片機P1.4 口發(fā)出40kHz的方波信號，通過以上驅動電路來使超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。超聲波的發(fā)射電

27、路設計如圖3-9所示:圖3-9超聲波發(fā)射電路原理圖接收電路的設計接收電路主要由三部分組成，用來接收反射回來的超聲波信號， 超聲波換能器將超 聲信號轉變?yōu)殡娦盘?，雖然完成了聲電轉換，但得到的這個信號并不能被單片機直接接 收，需要通過一定的調理信號經(jīng)行處理，先將回波信號經(jīng)行一定的放大。然后，為了使 反射回來的超聲波更加穩(wěn)定，需要設計一個時間增益補償處理。最后，為了減小盲區(qū)， 需要采用雙比較器來對遠近信號經(jīng)行比較，接著就可以將處理過的回波信號傳入單片機， 得到測量距離?；夭ń邮占盀V波放大電路由于超聲波在傳遞的過程中能量會衰減，因此，首先我們需要將接收探頭接收到的信號進行一定的放大，該放大電路的核心元

28、件為NE5532運放器，這是一個性能較高而噪聲較低的雙運放器，而且該器件占用的信號和電源的帶寬都不高，和大多數(shù)的普通運放相比顯示出較高的性能。本設計采用的放大電路如圖3-10所示:圖3-10回波放大濾波電路原理圖通過選擇合適的基準參考電壓，該電路能較好的實現(xiàn)回波電路的放大要求， 達到系 統(tǒng)需求，在信號通過該電路后被放大和濾波，消除和過濾了因傳播而造成的噪聲和其他 各種多余的信號干擾，使得信噪比達到最大，保證了測距結果的準確性。時間增益補償（T G C ）電路超聲波的傳遞一段時間后的衰減特征， 即在空中傳播時，聲波的強度會根據(jù)傳出的 距離的變大而降低，這是由于多種因素造成。距離增的增加會導致回波

29、信號的幅值衰減， 并且衰減呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律。也就是說，近距離物體反射的回波幅度稍大， 遠距離物體反射 的回波幅度略小。因此，我們?nèi)绻岣邷y量的精度，就需要對這部分產(chǎn)生衰減的信號作增益補償處 理。本設計加入了有時間增益處理作用的放大器，這樣一來，距離近的增益小，距離遠 的增益比較大。既可以使發(fā)射信號的余振幅度降低， 也可以同時使持續(xù)時問變短。用這 樣的方法就能夠辨別出近處的信號， 盲區(qū)也就變小了。除此之外，還能提高系統(tǒng)的精確 度。根據(jù)以上系統(tǒng)要求，設計出如下電路。該電路主要通過數(shù)字電位器變化主化阻值來 達到目的。時間增益補償電路原理圖如圖 3-11所示：圖3-11時間增益補償電路原理圖該電路中MA

30、X5161K片為一個數(shù)字電位器，有三十二級抽頭。該數(shù)字電位器包含三 線用行口實現(xiàn)阻值的調節(jié)，阻值為 50K。數(shù)字電位器的抽頭位置由實驗獲得的與距離對 應的放大增益換算而成，并將此位置參數(shù)寫入程序存儲器中。系統(tǒng)工作時，單片機通過查表法取得相應的增益， 接著通過串行設置不同阻值，從 而實現(xiàn)增益作用。數(shù)字電位器由單片機控制，實現(xiàn)起來相對容易，增益效果能按照電路 實際要求來做出調整。時間增益補償電路效果如圖3-12所示:八八八離(a)信號強度與距離的關系(b)回波幅值與距離的關系圖3-12時間增益補償圖雙比較器整形電路該設計有兩個超聲波探頭，一個用于接收超聲波信號，另一個用于發(fā)射超聲波信號， 由于超聲

31、波的衍射特性，在測量的距離很近時，會有一個盲區(qū)。超聲波發(fā)射探頭發(fā)出的 超聲波角度在360度以下，而0度到60度最為常見，因為兩探頭之間有外殼包圍，故 而超聲波是不會直接進入接收器的。但由于聲波特殊的性質，會有一部分聲波沒有經(jīng)過 發(fā)射到反射這個過程，而是直接進入接收端，這是接收端子無法分辨是否為反射信號， 從而會導致錯誤測量。這是一中無法避免的誤差源，因此需要設計一個雙比較器整形電 路，用于比較兩段不同遠近的回波信號。實物測距系統(tǒng)的超聲波接收換能器和發(fā)射換能器的距離較近，當測量的距離較近時,反射信號的幅值衰減較小，比起衍射產(chǎn)生的波的幅值小很多。 因此只要設定一個恰當?shù)谋容^器臨界值，就能達到屏蔽衍

32、射波的目的，這時反射波就能與衍射波成功的區(qū)分開來。近距離比較器用來處理 3 cm-50cm的距離的反射波，遠距離比較器用來處理 50cm-4 m的距離的反射波。具體電路如 3-13所示：圖3-13圖3-13雙比較器整形電路原理圖3cm-50cm50cm-4m總的來說，經(jīng)發(fā)射回的超聲信號首先通過NE5532進行首次放大，其中一路信號進3cm-50cm50cm-4m入近距離比較器，經(jīng)電路處理后進入單片機，這部分電路用來處理近距離（ 的超聲波信號。第二路進到時間增益補償及放大電路中，用來處理遠距離（ 的超聲波信號。溫度補償電路的設計由第二章中表2-2聲速與溫度關系可以看出溫度會造成超聲波測距的精度降

33、低。本設計使用數(shù)字溫度計DS18B2M于獲取環(huán)境溫度，最后通過查表法獲得聲音的速度。在章節(jié)3.1.3中已經(jīng)詳述了該DS18B205片為單線的數(shù)字溫度傳感器，只有三個外接引腳，分別為GND DQ VDD在-10攝氏度到+85攝氏度之間的測溫誤差小于 0.5攝氏度溫度補償電路的具體設計如圖3-14所示:圖3-14溫度補償電路原理圖顯示電路的設計顯示數(shù)字普遍用到的電子元件為七段數(shù)碼管，七段數(shù)碼管的七個亮段表示一個數(shù)字“8”，點亮不同亮段的組合就形成了數(shù)字09。在許多的電子產(chǎn)品中都采用了常見的七段數(shù)碼管來顯示所需信息。七個亮段實際上就是 7個條形的發(fā)光二極管。按順時針方向， 這七個亮段分別稱為 a、b

34、、c、d、e、f、g。七段數(shù)碼管如圖3-15所示:亮段小數(shù)點亮段小數(shù)點共陽理七段數(shù)包管其陰楨共隅理七較強眄管一e cTDSL31.0 果冽共陽理七段數(shù)包管其陰楨共隅理七較強眄管一e cTDSL31.0 果冽七段融褶等圖3-15七段數(shù)碼管示意圖七段數(shù)碼管的亮段和普通的發(fā)光二極管一致，我們可以把這7個亮段之間當做7個發(fā)光二極管來看待。按照其中7個發(fā)光二極管的接法的不同，可以將七段數(shù)碼管分為 共陽（共陽極）和共陰（共陰極）兩種。顧名思義，所謂共陽極七段數(shù)碼管意思就是將 所有發(fā)光二極管的額陽極連在一體，而共陰極七段數(shù)碼管的意思就是將所有發(fā)光二極管 的負極連在一起，由于單片機的輸出口不能夠提供足夠的電壓

35、使二極管發(fā)光，所以在本設計中采用了共陽極的數(shù)碼管，將所用到的 4個七段數(shù)碼管的陽極并接到一起。共陽極和共陽極的七段數(shù)碼管示意圖如下圖3-16所示：地共 150a TOC o 1-5 h z 1-中口|、翅點）6名2-c7-f主北陽極或共陰極）棲CK#陰極）4-b。名5-a10-d圖3-16共陽極和共陽極七段數(shù)碼管示意圖LED顯示不同數(shù)字的方式如圖3-17所示:n n o o o n HU U L J M LI LI 0 J LI UU T 23456789H圖3-17數(shù)碼管數(shù)字顯示圖從上圖中我們很容易發(fā)現(xiàn)，若要求顯示數(shù)字“ 1”，需要讓b、c兩個發(fā)光二極管點 亮；若要求顯示數(shù)字“ 5”，需要讓

36、a、f、g、c、d五個發(fā)光二極管點亮。數(shù)碼管有不同的工作顯示方式，分為靜態(tài)和動態(tài)，這兩種不同的顯示方式有著各自 不同的優(yōu)缺點，需要根據(jù)系統(tǒng)的實際需要來決定用哪種方式。靜態(tài)顯示要求數(shù)碼管的所有段選端都要接上8位的數(shù)據(jù)線，以此來顯示的字形碼。字形碼被送入數(shù)碼管后，可一直保持不變，直到下個字形碼替代原先的字形碼。 這樣做 的好處是不會長時間占用 CPLK源，而且更加容易控制，但對硬件的要求會更高。動態(tài)顯示要求數(shù)碼管的所有段選端并聯(lián)在一起，具體用到的那位數(shù)碼管的選擇是由位選線控制的，采用動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描的意思是：電路依次往各個數(shù)碼管傳送字形碼、位選信號，由于發(fā)光管有 余輝且肉眼有一個視覺暫留的效

37、果，我們就會覺得所有的數(shù)碼管是同時顯示的。自然， 動態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示那么亮，其限流電阻的阻值比靜態(tài)顯示電路的值要小一點。 結合實際考慮，本設計中選用了動態(tài)顯示的方式?；谝陨侠碚摶A，本設計的顯示電路設計的具體方案為：由P0 口輸出的信號經(jīng)過74LS245芯片送入4個數(shù)碼管，數(shù)碼管的位選分別接 P2.4至U P2.7的I/0 口。74LS245是一個常用的芯片，它的作用是驅動 LED或別的設備。該芯片為8路同相 三態(tài)雙向總線收發(fā)器，數(shù)據(jù)可以從 A端傳到B端，也可以從B端傳到A端。另外，它還 具有雙向三態(tài)功能，可以同時輸出和輸入數(shù)據(jù)。當 AT89C52單片機的P0 口總線負載大 于等于P

38、0 口最大負載能力時，一般需要接入 74LS245等總線驅動器。片選端/CE為低 電平有效。DIR= 0，信號由B向A傳輸，即芯片為接收的作用。 DIR= 1”，信 號由A向B傳輸，即芯片為發(fā)送作用。P0 口與74LS245輸入端相連,/CE端接地，保 證數(shù)據(jù)線暢通。位選信號由 P2.4到P2.7送出具體電路如圖3-18所示:aa通訊電路的設計具體電路如圖3-18所示:aa計算機的功能比單片機更完善，單片機的計算能力受到硬件限制，很難完成復雜計 算和數(shù)據(jù)的處理。利用計算機來控制和管理單片機，由計算機和單片機組成的系統(tǒng)能實 現(xiàn)更多拓展功能，所以我們很有必要設計單片機和計算機的通訊電路。通信方式有

39、兩種，第一是并行通信，第二是串行通信，同樣地，這兩種通信方式各 有其有點和缺點。并行通信就是將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的每一位用不同的數(shù)據(jù)線同時傳輸過去。 優(yōu)點是容 易控制且比串行的傳送速度快很多。缺點是因為傳輸線非常多，如果需要長距離傳送的 話會用到許多路線，造成高額的成本，且給收發(fā)兩方的設備都帶來不小的挑戰(zhàn)，并行通 信如圖3-19所示：8位同時傳送接收設備i 0接收設備ii0/發(fā)送設備詢問發(fā)送設備應答圖3-19并行通信示意圖出行通信和并行通信不同的是，傳輸線只有一條，所有需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)逐位的向目 標設備輸送。串行通信的優(yōu)點：用到的傳輸線少，長距離傳送也只用一條線，與并行通信比起來 便宜很多。而且可以

40、直接通過線等現(xiàn)有的線路經(jīng)行傳送。 缺點是數(shù)據(jù)傳送控制起來較難， 串行通信如圖3-20所示：接 收 設 備D0D78接 收 設 備D0D78位順次傳送發(fā)送設備圖3-20串行通信示意圖串行通信RS-232C接口是常用的串行接口標準，RS-232于1969年被美國電子工業(yè) 協(xié)會所修訂，它明確了數(shù)據(jù)終端設備與數(shù)據(jù)通信設備的物理接口標準。該標準的機械特性為：RS-232C接口共有25個針連接器，另外還有具體尺寸規(guī)定， 這25個插針的位置如下圖3-21所示，功能如下表3-5所示：1131425156911314251569圖3-21 RS-232接口示意圖相關插針的功能如下表3-5所示:表3-5 RS-2

41、32插針功能圖插針序號信號名稱功能信號方向1PGND保護接地2 (3)TXD發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出）DTE至U DCE3 (2)RXD接收數(shù)據(jù)（串行輸入）DTE至U DCE續(xù)表3-5插針序號信號名稱功能信號方向4RTS請求發(fā)送DTE至U DCE5 (8)CTS允許發(fā)送DTE至U DCE6 (6)DSRDCEM緒（數(shù)據(jù)建立就緒）DTE至U DCE7 (5)SGND信號接地8 (1)DCD載波檢測DTE至U DCE20 (4)DTRDTE就緒（數(shù)據(jù)終端準備就緒）DTE至U DCE22 (9)RI振鈴指示DTE至U DCE注：表中括號的標號對應的是九針非標準型接口從硬件條件來看，該設計的主控芯片為AT8

42、9C52該芯片的通訊電路可以用到 RS-232標準接口進行串口通信。在通訊系統(tǒng)中，上位機（計算機）為主機，下位機（單片機）為從機。單片機主要 是對數(shù)據(jù)進行收集和控制電路，計算機主要是對單片機收集到的數(shù)據(jù)進行一系列計算和 處理以及對單片機進行控制。串口通信是逐位傳遞數(shù)據(jù)的，RS-232標準接口簡單，用到的線只有三根：TX、RX和GND通信距離在二十米以。MAX202S片的作用：把單片機輸出的TTL電平變成計算機能識別的232電平，也能 將計算機發(fā)出的232電平變成單片機可以識別的 TTL電平。所謂232信號電平就是負 10到正10伏的信號，單片機TTL電平就是0到正5伏的信號。該電路支持遠距離通

43、信 和多個計算機直接的通訊，屬于半雙工型，并且不需要外界電源就可工作。主要電路圖如圖3-22所示：圖3-22通訊電路原理圖AT89C52單片機的P3.0和P3.1兩個異步接收發(fā)送端口 ,即RXDffi TXD分別為串行 數(shù)據(jù)接收端和串行數(shù)據(jù)發(fā)送端。單片機到計算機的數(shù)據(jù)傳送過程為： 單片機TX躁據(jù)發(fā) 送端發(fā)出一個信號，經(jīng)光電耦合器發(fā)送至 MAX2025片的T1I 口，MAX芯片將信號轉換 為計算機可接收的信號再通過T1O口輸出給計算機的RS232串口進入計算機。計算機到 單片機的數(shù)據(jù)傳輸過程為：計算機的數(shù)據(jù)通過RS232串口傳到MAX202E片的R1I 口，接著MAX202等信號轉換為單片機可接

44、收的信號，通過 R1O口輸出，再經(jīng)過一個光電耦 合器，然后進入單片機的 RXD口。通過以上兩種方式即可實現(xiàn)單片機和計算機的通訊， 實現(xiàn)計算機與單片機的成功連接，這樣計算機就能方便的獲取單片機的數(shù)據(jù)， 進行復雜 的計算或者為調控單片機做好準備。軟件設計主程序在本設計中，AT89C52I片機是整個系統(tǒng)的核心，需要通過它來控制各個子系統(tǒng)的 運行，主程序流程圖如圖4-1所示：圖4-1主程序流程圖主程序的基本流程是：首先對單片機的時鐘和外圍電路進行初始化，接著，使用溫度補償電路來測量實際溫度，并且代入溫度計算公式中計算出該溫度條件下的超聲波傳 播的速度值。接著產(chǎn)生40kHz的超聲波信號，通過AT89C5

45、2單片機的P1.4 口輸出并等待接收回波。等經(jīng)過接收電路處理過的回波被單片機接收后，AT89C52攵到回波的觸發(fā)信號，此時記錄下降沿產(chǎn)生的時間，經(jīng)過軟件計算找到峰值點作為接收到回波的時間, 最后通過公式計算出測量結果。另外，還可通過串口將結果傳遞給計算機。初始化子程序系統(tǒng)工作時，軟件部分首先要進行初始化。初始化包括時鐘的設置，看門狗電路，各個輸入 /輸出口的功能分配，定時、中斷的設置以及其他外圍電路的初始化。 外圍電路的初始化包括：顯示電路初始化、RS-232 通訊電路初始化、DS18B20S度補償電路初始化、MAX516卅間增益補償電路初始化等。初始化子程序代碼如下：器件配置文件函數(shù)頭文件定

46、義DS18B20H溫芯片的總線I/O 器件配置文件函數(shù)頭文件定義DS18B20H溫芯片的總線I/O 口/宏定義#include/define DQ P3_7/define uchar unsigned chardefine uint unsigned intuint i,c;uchar temp;unsigned int time=0;unsigned char posit=0;unsigned long S=0;bit flag =0;bit redflag=0;unsigned char constdiscoed=0 xc0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0

47、x82,0 xF8,0 x80,0 x90,0 xBF,0 xff;/定義一個數(shù)組LE逐碼管譯碼用的碼表unsigned char const positon3=0 xfe,0 xfd,0 xfb;unsigned char disbuff4=0,0,0,0;void init_DS18B20(void);void delay(unit t);uchar read_byte(void);void delay_50us(uint t);void delay1(uchar x);溫度測量子程序測溫子程序是為了控制DS18B20E片，從而完成采集溫度并向單片機傳遞溫度數(shù)據(jù)。 該芯片的最高分辨率在12

48、位，表4-1表示DS18B20E片在該分辨率下的溫度與二進制 的關系。本設計在程序部分用的方式是查表法，預先將不同溫度下對應的聲速通過公式（2-6） 計算出來，并做成聲速/數(shù)據(jù)對應關系表。這樣一來，系統(tǒng)測距時就不用逐次計算聲速， 而可由測得的溫度值直接從表中查到相應的溫度下的目標速度，就能省下很大一部分時問，使得系統(tǒng)效率更高。表4-1 DS18B20溫度/數(shù)據(jù)對應關系表溫度（C）二進制碼十六進制碼+ 125.00100000700H+85.00100000550H+25.06100010191H+10.030001000A2H+0.50010000008H+0.00000000000H-0.5

49、011000FFF8H-10.0311110FF5EH-25.0601111FF6FH-55.00111111OO10010000FC90H測溫程序的編寫需嚴格遵守測溫芯片的編程要求，即主機每次與測溫芯片進行通訊均為三個步驟，其測溫流程如下圖 4-2所示圖4-2溫度補償程序流程圖圖4-2溫度補償程序流程圖/DS18B20初始化函數(shù)/DS18B20初始化函數(shù)void init_DS18B20()(uchar n;DQ=1;delay(8);DQ=0;delay(80);DQ=1;dealy(8);n=DQ;delay(4);讀取一個字節(jié)函數(shù)void write_byte(uchar dat) /

50、DS18B20讀取一個字節(jié)函數(shù)for(i=0;i1;delay(4);寫入一個字節(jié)函數(shù)uchar read_byte(void) /DS18B20 (寫入一個字節(jié)函數(shù)uchar i,value;for(i=0;i=1;DQ=1;if(DQ)value1=0 x80;delay(4); return(value);uchar readtemptaure(void)(uchar a,b;init_DS18B20()write_byte(0 xcc);write_byte(0 x44);delay(300);init_DS18B20();write_byte(0 xcc);write_byte(0

51、xbe);a=read_byte();b=read_byte();b4;return(b);距離計算子程序在本設計中，測量距離的關鍵就是測量時間。超聲波一來一回的時間的確定是整個 設計的成敗之處。單片機發(fā)射出40kHz方波的同時打開定時器，當超聲波接收到回波信 號后，立即利用中斷關閉定時器，從而獲取到測距所需的時間值，然后通過計算的出測 量結果。時間增益補償電路的設計也是先按照實驗得的一個隨時間而變大的增益，換算為 MAX516脩次應該減小的阻值。這個值被存在單片機FLASHK在發(fā)射完超聲波等待接收的過程中，根據(jù)時間不斷改變 MAX516的阻值。具體程序如下：time=TH0*256+TL0;

52、TH0=0;TH0=0;temp=readtemptaure();delay(10);c=c/150;S=(time*c)/100;if(S200)|flag=1)dalay(200);flag=0;disbuff0=10; / 顯示“-”disbuff1=10;/ 顯示“-”disbuff2=10;/ 顯示“-”) else (disbuff0=S%1000/100;disbuff1=S%1000%100/10;disbuff2=S%1000%100%10;) Display();)顯小子程序顯示電路采用動態(tài)顯示的驅動方式，段選信號AT89C52勺P0 輸出，位選信號由P2.4 到 P2.7

53、 口輸出。該顯示電路功能顯示4位數(shù)字，完全滿足該設計的顯示精度的需求。當系統(tǒng)主程序最終計算出距離后，將所得的這個距離以BCD碼的形式傳遞給LED然后再由74LS245 鎖存器驅動8段數(shù)碼管顯示結果。該8位共陽極數(shù)碼管的編碼如表 4-2所示：表4-2共陽極數(shù)碼管的編碼顯示字 符dpgfedcba編碼(dp-a )0110000000 xc01111110010 xf92101001000 xa4續(xù)表4-2 :3101100000 xb04100110010 x995100100100 x926100000100 x827111110000 xf88100000000 x809100100000

54、x90void Display(void)/ 掃描數(shù)碼管(if(posit=0)(P1=(discoeddisbuffposit)&0 x7f;) else ( P1=discoeddisbuffposit;)P2=positonposit;if(+posit=3)posit=0;delay1(5);)時間增益補償程序時間增益補償電路會根據(jù)時間的推移，不斷變化運放電路的輸入阻值。MAX5161K片是一個具有32抽頭的數(shù)字電位器，它可以通過單片機連接引腳 Inc和V/D,從而使 抽頭位置改變，達到電阻大小相應變化的目的。 在V/D是低電平的時候V/D的下降沿將 減小阻值，在V/D是高電平的時候V

55、/D的下降沿將增大阻值。表4-3是MAX5161 勺真值表。表4-3 MAX5161真值表V/DIncRwLoHoL1-H1+上表中，L代表低電平，H代表高電平，T代表上升沿，J代表下降沿，。代表狀 態(tài)不變，-代表減少，+代表增加。通訊電路子程序程序流程主要包括，初始化編程，約定數(shù)據(jù)格式，轉換數(shù)據(jù)格式等。流程圖如圖4-3所示：圖4-3串口通信流程圖時間峰值檢測在本設計的系統(tǒng)中，因為超聲波具有衰減的特點，同時超聲波換能器的壓電瓷會在 能量轉換的時候產(chǎn)生一定的慣性滯后， 使得收到的超聲波的波信號發(fā)生一定的變化， 導 致反射波最終反射回單片機的那一刻具有一定誤差。 最普遍的對反射波信號的處理辦法 是

56、采用比較器電路，給比較器設置一個固定的臨界值，當比較器翻轉之時即反射波到達 的時刻。值得注意的是，若將比較器的電壓臨界值設置得太大，就會增大系統(tǒng)測量的誤差， 反之，將比較器的臨界值設置得太小會干擾信號觸發(fā)比較器的翻轉率，會使翻轉的概率增加，一樣使誤差增大了。根據(jù)以上結論，我們只是采用普通的比較器來處理信號并不能準確地判斷反射波前 沿到達的確切時間。本設計增加了時間增益補償電路， 對反射波的幅值做出了相應的補 償，使反射波在傳播過程中下降的幅值得到補償，使最后收到的回波信號幅值趨于穩(wěn)定。 根據(jù)理論和實際的研究結果來看，單單靠時間增益補償電路并不能完美的解決該問題。 通過實驗我們觀察到，反射波的信

57、號有一定的規(guī)律可循，具體表現(xiàn)為波形大致相同，振 幅有所差異，反射波到達的峰值時間和反射波前沿到達的時間差不會因為傳播長度而改 變?；谶@個理論，有研究者提出一種包絡檢測的測距方法， 通過包絡檢測來獲取反射 波信號的包絡曲線，使用過零檢測法檢測到峰值時間點，以此確定回波到達的時刻。普通的峰值檢測大部分都通過硬件電路來實現(xiàn)，這些電路在硬件方面設計不簡單， 設計起來較為繁瑣。經(jīng)過理論知識的學習，我們知道方波信號的占空比會有一個上升到 一個峰值然后下降的過程，相應的占空比最大的那一刻就是峰值點所在的區(qū)間，而此區(qū)問的正中間就是峰值時間點的所在。本設計通過軟件算法實現(xiàn)峰值時間檢測。 AT89C52單片機獲

58、取到超聲波回波信號的 上升沿和下降沿，從而計算出回波信號的占空比。反射波經(jīng)過LMV331比較器之后，變?yōu)?0KHz的方波。進行對比則能發(fā)現(xiàn)最大占空比，接著看該占空比的中間點所在的時間 點，該時間即為峰值到達的時間點。最后通過峰值時間檢測算法，就能準確的辨別出超 聲波反射信號返回的時間，使系統(tǒng)的測量結果更加準確。5 結論本設計的成敗取決于超聲波一來一回所使用的時間的測量的準確度。在設計過程中,通過一系列的理論研究和系統(tǒng)分析可以得出一些對于改進系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)精確度的方法。本設計是基于AT89C5印片機的高精度超聲波測距系統(tǒng)，為了提高該系統(tǒng)的測量 精度，采用的方法有以下幾方面：首先針對穩(wěn)定性來說

59、，需要從硬件設計和軟件濾波這兩個切入點進行。通過對任務 書的理解和對超聲波測距系統(tǒng)的基本理論的學習，本設計的基本要達到盲區(qū)減小到5厘米，測量的最大距離為4米,精度高達1厘米。且在3厘米到4米的量程下，能保證系 統(tǒng)正常使用，達到高精度測距的目的。在設計過程中，分模塊進行，最后將各個子電路 整合起來，并且留有足夠的功能拓展空間，為后續(xù)開發(fā)做好準備。其次考慮到如何降低盲區(qū)，本設計中，超聲波的發(fā)射和接收選用不同的換能器來實 現(xiàn)。還有，基于超聲波衍射作用而對反射波造成的幅值的不同，專們設計了雙比較器來對不同距離的發(fā)射波進行不同處理。 通過對兩個比較器設置不同臨界值的方法， 使測距 大小分為遠距離和近距離

60、兩種不同電路進行相應補償。最后，為了精確度的進一步提高，本設計選用的微處理器是AT89C52單片機，開始測距時，發(fā)射方波同時開啟定時器，減小了因為發(fā)射和計時不同步造成的測量誤差，使系統(tǒng)測量結果更為接近真實值。同時為了補償因為距離推移造成的反射波幅值的降低， 專門設計了時間增益補償電路（TGC）,時間增益補償電路在發(fā)射方波的同時開始工作， 工作過程是根據(jù)事先寫入Flash中的增益表，逐漸提高接入放大器的阻值，實現(xiàn)電路的 實時補償，增益表有事先的試驗獲取。以時間為自變量，數(shù)字電位器的增量為因變量。 在測距系統(tǒng)工作時，按照時間的改變來控制電位器阻值的改變， 達到補償反射波信號幅 值的作用，為系統(tǒng)的高