兵工自动化 测控技术 O. I. Automation 2005 年第 24 卷第 4 期 Measurement and Control Technique 2005, Vol. 24, No. 4 ·77·文章编号：1006-1576（2005）04-0077-03 基于单片机的超声波测距系统 牛余朋，成曙 （第二炮兵工程学院 502 教研室，陕西 西安 710025） 摘要：基于单片机的超声波测距系统，采用测量输出脉冲宽度，即发射与接收超声波的时间间隔，通过对单片机适时控制外围电路，并向外围电路提供频率振荡、数据处理和译码显示等信号。该超声波发射电路包括门控电路（RS触发器）及微分/整形电路，接收电路则由接收、放大及信号筛选、整形电路组成。 关键词：测距系统；超声波；单片机 中图分类号：TP274.53 文献标识码：A Ultrasonic Measurement System Based on Microprocessor NIU Yu-peng, CHENG Shu (No.502 Staff Room, Second Artillery Engineering College, Xi’an 710025, China) Abstract: This article describes a ultrasonic measurement system based on microprocessor. By measuring pulse’s width, that is the time interval between transmitting and receiving of the ultrasonic wave, the microprocessor control the peripheral circuits, and provide all kinds of signals, including frequency surging, data managing and coding display. This ultrasonic measurement system include transmitting part which contains the gating and differential circuits, and receiving part which contains the signal magnify and filtration circuits. Keywords: Measurement system; Ultrasonic; Microprocesso 1 超声波测距原理 超声波发生器内部结构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，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声与接收超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：① 取输出脉冲的平均值电压，该电压（其幅值基本固定）与距离成正比，测量电压即可测得距离；② 测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，故被测距离为 s＝1/2vt。本测量电路采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 本方案以 ATMEL89C52 为核心，通过对其软件编程，实现该对其外围电路的适时控制，并提供给外围电路所需的信号，包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等。简化了外围电路，且移植性好。整个硬件电路方框图如图 1。 2 超声波发射电路 2.1 频率产生电路 超声波接收信号放大施密特整形 超声波发射信号整形门控电路 40k 振荡频率 12M 精确振荡 AT89C52 超限声光报警门控频率计数频率数码显示图 1 硬件电路方框图 本设计中用到三种频率。 一是超声波的中心频率（40kHz）。 二是门控信号频率，经验设为 2kHz。这样从单片机 P1_3 端输出的时钟脉冲频率 f＝2kHz，周期 T＝1/f＝50ms，经 C2、R3 微分和限幅二极管D1 的限幅后，变为正向尖脉冲，再由 U2A、U2B整形，便得到高电平宽度为 0.25ms 的脉冲信号，该脉冲控制与非门的开启。经 U1 驱动超声发射器MA40LIS 发出 0.25ms/0.025ms＝10 个脉冲，即从P1_3 输出时钟脉冲的每一个周期，超声发射器便发射出脉冲数为 10 的脉冲串（1/40kHz＝0.25ms）。 三是单片机送出来的计数频率，根据超声波测距精度为 1mm，超声波发射器的声波传播到反射物，再由反射物反射到接收器，所传播距离为 2 倍测量距离的计算得出。声波在标准气压下 15℃的传播速度...
