基于單片機(jī)的超聲測距技術(shù)研究

PAGEPAGE15題目基于單片機(jī)的超聲測距技術(shù)研究目錄TOC\o"1-3"\u前言 5超聲波測距離的原理 6超聲波的特點(diǎn)和傳播特性 7AT89C51單片機(jī)的簡介 7系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 9系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì) 10超聲波的算法： 10流程圖 12超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序的設(shè)計(jì) 15總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 16附件一 17致謝 17前言隨著社會的發(fā)展越來越快，測距的應(yīng)用也越來越廣泛，但現(xiàn)在的測量方法大多比較原始。大部分行業(yè)已經(jīng)走向了智能化，因此對先進(jìn)的測量手段需求也越來越大，就現(xiàn)在而言，能夠方便簡單應(yīng)用的技術(shù)還不是很多。從航海中用的聲吶得到啟示，利用超聲波測距離是很好的選擇。而用應(yīng)用簡單且成本低的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能處理更是不二選擇。著手未來，超聲波作為一種新興技術(shù)工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它會朝著更加高精度的方向發(fā)展，滿足日益提高的社會需求，超聲波應(yīng)用的發(fā)展趨勢基本為：研發(fā)具有更高精度的被動測距聲納，以滿足軍事以及航海的需要，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動探測和識別；超聲波測距離也能可以服務(wù)于無人駕駛等新興技術(shù)。超聲波的頻率在20kHz以上的聲波，它是機(jī)械波的一種。超聲波也遵循大部分的機(jī)械波在介質(zhì)中的一般傳播規(guī)律，比如在介質(zhì)的分界面處會發(fā)生反射以及折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)的過程中會被介質(zhì)吸收并且會發(fā)生衰減。正是由于超聲波具有這些特質(zhì)，使得超聲波更加適合-距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)的應(yīng)用也就越來越廣泛。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于物體內(nèi)部的測量會更加復(fù)雜一點(diǎn)。由于超聲測距不用接觸物體本身，因此他不受光線、被測物體顏色等的影響，相比較其他設(shè)備更衛(wèi)生，更耐潮濕、高溫和腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，可以不用經(jīng)常維護(hù)確用很長時(shí)間，因此可以大規(guī)模應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)和公路可直接用于水和酒等液位控制，能夠進(jìn)行差值設(shè)定，測量顯示出液位罐的液位、料位高度。因?yàn)檫@樣，超聲在各種環(huán)境中測距都有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波測距往往比較迅速，更加方便，計(jì)算相對簡單，易于實(shí)時(shí)控制，而基于單片機(jī)的測距就更加容易操作，并且在測量精度也能達(dá)到工實(shí)際應(yīng)用需要的指標(biāo)要求，并且為了使機(jī)器人能夠自主避開障礙物移動，就需要裝備測距人上取得了廣泛應(yīng)用。并且因?yàn)槌暡y距具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的應(yīng)用上也得到了豐碩的成果。超聲波測距離的原理 通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。這與雷達(dá)測距原理相似。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2）。如圖1-1 圖1-1超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí),超聲波在空氣中傳播時(shí)碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為v,而根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差△t,就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離S,即:S=v·△t/2

①

這就是所謂的時(shí)間差測距法。由于超聲波也是一種聲波,其聲速C與溫度有關(guān),表1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí),如果溫度變化不大,則可認(rèn)為聲速是基本不變的。常溫下超聲波的傳播速度是334米/秒,但其傳播速度V易受空氣中溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響,其中受溫度的影響較大，如溫度每升高1℃,聲速增加約0.6米V=331.45+0.607T

超聲波的特點(diǎn)和傳播特性1)超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。2)超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離。3)超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息診斷或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生效用及治療。4）超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。5）超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。6）超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。超聲波作為一種機(jī)械波，就會受溫度等的影響，而我們在測量中會遇到各種不同的溫度的影響，這會導(dǎo)致一定的誤差，超聲波傳播在空氣中傳播速度的隨溫度變化如圖1-2所示溫度（攝氏度）-30-20-100102030100聲速（米/秒）313319325323338344349386 在實(shí)際使用過程中，溫度變化的不是很大的時(shí)候，可以近似為超聲波的速度是不變的，聲速取340m/s。如果測量精度要求很高，就要把溫度補(bǔ)償算上，通過一定的算法實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，從而提高精確度。空氣中超聲波傳播速度與溫度的關(guān)系為：c≈331.45AT89C51單片機(jī)的簡介AT89C51

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh

Programmable

and

Erasable

Read

Only

Memory）CMOS8AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

1．主要特性：

·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器

壽命：1000寫/擦循環(huán)

數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz

·三級程序存儲器鎖定

·128*8位內(nèi)部RAM

·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2．管腳說明：

VCC：供電電壓。

GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后被內(nèi)部拉為高，可用作輸入，P1口外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0

RXD（串行輸入口）P3.1

TXD（串行輸出口）P3.2

P3.3

/INT1（外部中斷1）P3.4

T0（記時(shí)器0外部輸入）

P3.5

T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6

/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）

P3.7

/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 這個(gè)系統(tǒng)是利用超聲波的發(fā)射到接收的時(shí)間差來進(jìn)行超聲波測距離的，而AT89C51單片機(jī)簡單，經(jīng)濟(jì)便宜。還擁有4KROM更加容易編程和清除，使用更加方便。電路原理圖如圖2-1所示： 圖2-4系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì) 超聲波測距離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序主要有以下幾個(gè)程序：主程序；超聲波產(chǎn)生子程序；超聲波接收中斷程序以及顯示距離子程序。C語言和匯編語言相比，更加有利于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法，計(jì)算距離時(shí)算法比較復(fù)雜；而匯編語言更加簡單容易實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)系統(tǒng)中，又要精確的計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間，在程序中可以采用匯編語言和C語言混合編程。超聲波的算法：超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為：d=s/2=(c×t)/2

（1）其中，d為被測物與測距儀的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時(shí)間。在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。其部分源程序如下：TMOD=0X01;

//T0計(jì)數(shù)，方式1

TH0=0;

//計(jì)數(shù)初值//計(jì)數(shù)初值

//INT0負(fù)脈沖觸發(fā)//開總中斷

EX0=1;

//開外部中斷

AGAIN=1;

WHILE(1)

{

UCHAR

X;

IF(ON==0)

//啟動鍵處理{

DELAY1MS(5);

//按鍵消抖

IF(ON==0)

{

ONOFF=1;

//啟動

WHILE(ON);

//等待按鍵釋放}

}

//停止鍵處理{

DELAY1MS(5);

//按鍵消抖IF(OFF==0)

{

ONOFF=0;

//停止

WHILE(OFF);

//等待按鍵釋放}

}

IF(ONOFF)

{

OUT=0;

//產(chǎn)生方波,輸出低電平<模擬發(fā)射>

DELAYS();

//延時(shí)產(chǎn)生幾個(gè)微秒的低電平,讓模擬反射的單片機(jī)能正確接收信號

OUT=1;

//恢復(fù)高電平停止模擬發(fā)射

TH0=0;

TL0=0;

AGAIN=0;//

TR0=1;

//T0開始計(jì)數(shù)

FOR(X=0;X<20;X++)

DISPLAY();

//數(shù)碼管顯示IF(AGAIN==0)

{BWEI=SHWEI=GWEI=0;}

}

ELSE

{

BWEI=SHWEI=GWEI=10;

}

}

}

VOID

INT0(VOID)

INTERRUPT

0

USING

1

中斷服務(wù)程序{

FLOAT

COUNT;

ULONG

NUM;

TR0=0

//停止計(jì)數(shù)COUNT=(TH0*256+TL0)/2;

NUM=

(COUNT/10000)*344;//計(jì)算超聲波來回距離//NUM=

NUM/2;

//總距離除2等于實(shí)際距離流程圖主程序的流程如下所示首先啟動單片機(jī)，中斷程序啟動，并且開始計(jì)時(shí)，同時(shí)發(fā)射超聲波，若發(fā)射成功，則停止發(fā)射，若發(fā)射不成功，則繼續(xù)發(fā)射，若無反射或者超出測量距離，則提示報(bào)警，如果接受反射，則通過相關(guān)算法計(jì)算出所測距離，并通過LED顯示。開始開始單片機(jī)初始化中斷定時(shí)發(fā)射聲波判斷是否超出范圍等若滿足則繼續(xù)運(yùn)算，不滿足返回上一步顯示距離程序先是對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，將定時(shí)器設(shè)置T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷可以準(zhǔn)許位EA并給顯示端P0和P1清0。接著調(diào)用超聲波生成子程序發(fā)射出一個(gè)超聲波脈沖，為使避免超聲波從發(fā)射裝置直接被接收器接收而引起直射波觸發(fā)，必須要延時(shí)0.1

ms左右（這也就解釋了超聲波測距儀為什么會有一個(gè)最小可測距離）后，然后打開外中斷0接收反射回來的超聲波信號。因?yàn)橛玫氖?2

MHz的晶振，所以計(jì)數(shù)器每個(gè)計(jì)數(shù)就是1μs，當(dāng)主程序檢測出接收完成的標(biāo)志位后，會接著將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（就是超聲波來回消耗的時(shí)間）按式（2）計(jì)算，就可可以得到被測物和測距儀之間的距離，設(shè)計(jì)的時(shí)候取的是20℃時(shí)的聲速，即為344

d=(ct)/2=172T0/10000cm

(（2)其T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。測出距離將測出的距離以十進(jìn)制BCDLED顯示大概0.5s，然后再發(fā)超聲波脈重復(fù)上一次的測量步驟。為了更加有利于程序結(jié)構(gòu)化，并且更加簡單容易計(jì)算出距離，主程序可以采用更加試用復(fù)雜程序的C語言編寫。主程序如下OUT=1;

//恢復(fù)高電平停止模擬發(fā)射TH0=0;

TL0=0;

AGAIN=0;

//

TR0=1;

//T0開始計(jì)數(shù)FOR(X=0;X<20;X++)

DISPLAY();

//數(shù)碼管顯示IF(AGAIN==0)

{BWEI=SHWEI=GWEI=0;}

}

ELSE

{

BWEI=SHWEI=GWEI=10;

}

}

}

VOID

INT0(VOID)

INTERRUPT

0

USING

1

中斷服務(wù)程序

{

FLOAT

COUNT;

ULONG

NUM;

TR0=0

//停止計(jì)數(shù)COUNT=(TH0*256+TL0)/2;

NUM=

(COUNT/10000)*344;//計(jì)算超聲波來回距離

NUM=

NUM/2;

//總距離除2等于實(shí)際距離//輸出百位

SHWEI=NUM%100/10;

//輸出十位

//輸出個(gè)位AGAIN=1;

//接收正確AGAIN=1

}

模擬反射程序

CLUDE

<REG51.H>

#INCLUDE

<INTRINS.H>

#DEFINE

UCHAR

UNSIGNED

CHAR

#DEFINE

UINT

UNSIGNED

INT

SBIT

OUT=P1^1;

//發(fā)射

VOID

INITTIMER(VOID)

//

{

TMOD=0X1;

TH0=0XFF;

TL0=0XFF;

}

VOID

MAIN(VOID)

{

IT0=1;

EX0=1;

INITTIMER();

//

TR0=1;

EA=1;

WHILE(1)

{

}

}

VOID

TIMER0(VOID)

INTERRUPT

1

//定時(shí)器0,,延時(shí)

{

TR0=0;

OUT=0;

_NOP_();

_NOP_();

OUT=1;

IT0=1;

EX0=1;

}

VOID

INT0(VOID)

INTERRUPT

0

//外部中斷0,,接收{(diào)

IT0=0;

EX0=0;

SWITCH

(P2)

{

CASE

0XFE:

{TH0=0XD8;TL0=0XF0;}

//A開關(guān)BREAK;

CASE

0XFD:

{TH0=0XB1;TL0=0XE0;}

//B開關(guān)20MS

BREAK;

CASE

0XFB:

{TH0=0X8A;TL0=0XD0;}

//C開關(guān)BREAK;}TRO=1}超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序的設(shè)計(jì)超聲波發(fā)生子程序的用處是通過P1.0端口發(fā)出差不多2個(gè)超聲波脈沖（頻率大約為40kHz）這個(gè)子程序的發(fā)生較簡單，但是要程序運(yùn)行正確，所以可以采用匯編語言編寫。超聲波測距儀主程序運(yùn)用外中斷0檢測反射回的超聲波信號，只要接收到反射回超聲波（即引腳出現(xiàn)低電平），立刻進(jìn)入中斷程序。中斷后立刻關(guān)掉計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)停止，并將測距成功標(biāo)志賦值為1。假如計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還沒有檢測到超聲波反射回的信號，那么定時(shí)器溢出中斷就會外中斷0關(guān)閉，并且將測距成功標(biāo)志字賦值為2用來表示此次測量距離的不成功。前面的測距電路的輸出部分接單片機(jī)INT0端口，中斷優(yōu)先級則為最高，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出部分接單片機(jī)INT1端口，這個(gè)時(shí)候單片機(jī)P1.3和連接的輸入端，中斷源的識別就會由程序查詢來處理中斷優(yōu)先級的高低。

3.4

系統(tǒng)整體的調(diào)試，超聲波測距儀的調(diào)試過程相對簡單，超聲波的發(fā)射還有接收采用Φ15的超聲波換能器TCT40-10F1（T發(fā)射）和TCT40-10S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為0.07～5.5m，測距儀最大誤差不超過1cm總結(jié)超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。

超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實(shí)用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動。

超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。

超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38

kHz與測距的超聲波頻率40

kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。

超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距時(shí)），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。主超聲波測距儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測距