文档介绍：电子电路实验3
综合设计实验总结报告
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摘要
为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。本设计就是基于51系列单片机利用超声波的测距系统。本作品硬件部分主要由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组成。采用STC89C51来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。软件部分主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及数码管显示子程序等部分组成。,然后单片机不停的检测INT0引脚,当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计时器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离,并将距离在数码管上显示出来。
基于单片机的超声波测距系统电路设计简单,能够实时显示,精度高,操作简单易懂。
设计选题
基于超声波的障碍物检测系统的设计实现
设计任务及要求
结合单片机最小系统和其他模块电路设计一个基于超声波的障碍物检测系统。
能够检测前方一米左右是否有障碍,并用指示灯或数码管显示出来。
用数码管显示障碍物的精确距离,精度10%以内,。
三. 系统概述

声波是指频率超过20KHz的机械波,在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射;反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的,而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到,从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。这里声波传播的介质为空气,采用40KHz的不可见的超声波。

压电超声波转换器的功能:利用压电晶体谐振工作。内部结构上图所示,它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动产生超声波,这时它就是一超声波发生器;如没加电压,当共振板接受到超声波时,将压迫压电振荡器作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接受转换器。
方案设计与论证
方案一
整个电路可分为三大部份,一部份是超声波发射调理电路,一部份是超声波回波接收处理电路,一部分是显示电路。用于驱动超声波传感器的40KHz的方波由一片555搭成的多谐振荡器生成,受控于单片机的控制信号;40KHz的方波经CD4049调理,变成振幅为18V的方波,提高发射功率。发射头发射出去的超声波经障碍物反射后,反射到接收头,而接收到的波形幅度非常小,所以在回波处理电路中,把接收到的波形放大了5000倍,用的是NE5532搭成的两级交流放大电路。经放大后的波形送入,LM311比较器;经比较器调理后的波形成为方波,可送给
单片机的外部中断。
图例1 方案一超声波测距系统方框图
在设计中,驱动超声波换能器的40KHz是以2个脉冲的序列发射出去的,也就是说是以脉冲的形式进行发射的。超声波测距模块中有40KHz方波的产生电路,所以在单片机对发射的控制也就是对40KHz方波产生电路的使能控制。
本方案采用NE555产生40KHz方波,驱动能力强,并用NE5532对回波进行放大,接受能力强,测距较远。但是由于使用NE555及NE5532使电路变得复杂。
方案二
主要由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组成。采用STC89C51来实现对CX20106A红外接收芯片和7404的控制。单片机通过引脚经7404来控制40KHz超声波的发送,然后单片机不停的检测INT0引脚,当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
图例2 方案二超声波测距系统方框图
本方案中40KHz超声波采用单片机程序产生,用74LS04反相器驱动超声波发生器,电路简单。由于40KHz的频率接近CX20106红外线检波接收的专用芯片的38KHz的频率,故超声波接收模块采用CX20106接受超声波接收器的信号,电路简单,并且容易控制。但是由于由单片机经74LS04驱动超声波发生器,驱动能力有限,测量距离较近。
综合两种方案,第一种测量距离较远,但电路复杂,第二种方案简单,测量距离较近,但能够够达到本系统的设计要求精度,我采用第二种方案。
单元电路设计与分析

图例3 单片机最小系统电路
单片机具有高性能,低价格等特点,并且体积小,可靠性高,不易受外界电磁干扰,实施控制功能强,并且有很强的位处理能力,系统扩展方便,硬件设计简