超声波测距仪制作方案

        该测距仪采用NE555电路、两级级放大电路和电平比较电路实现了超声波的发射与接收。比较器为该测距仪的核心单元，实现发射电路的控制和接收数据的处理。本系统具有很强的实用价值和良好的市场前景。

　　一 总的方案

　　1.1可选方案

　　方案一：利用分立模块的超声波测距仪

　　系统包括超声波测距模组、LED数码显示模组、驱动模组控制模组及电源五部分。

　　超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成，超声波的发射受主控制器控制(如图1所示);超声波换能器谐振在40KHz的频率，模块上带有40KHz方波产生电路。

　　显示模块是一个8位段数码显示的LCD;测量结果的显示用到三位数字段码，格式为X点XX米，同时还用两位数字段码显示数据的个数。

　　电源采用9V的DC电源输入，经稳压管后得出5V以及3.3V的电源供系统各部分电路使用。

　　

 

　　图1 超声波测距的结构

　　方案二：基于PIC16F876A单片机的超声波测距仪

　　超声波测距仪主要以单片机PIC16F876A为核心，其发射器是利用压电晶体的谐振带动周围空气振动来工作的.超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时 ，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器接收到反射波就立即停止计时。一般情况下，超声波在空气中的传播速度为340m/ s，根据计时器记录的时间t ，就可以计算出发射点距障碍物的距离 s，即s=340×t/2， 这就是常用的时差法测距。

　　在测距计数电路设计中，采用了相关计数法，其主要原理是：测量时单片机系统先给发射电路提供脉冲信号，单片机计数器处于等待状态，不计数;当信号发射一段时间后，由单片机发出信号使系统关闭发射信号，计数器开始计数，实现起始时的同步;当接收信号的最后一个脉冲到来后，计数器停止计数。

　　双向超声波测距仪的系统主要有几下部分组成(如图2所示)： LED显示模块，PIC16F876A芯片，超声波发射模块，超声波接收模块，电源模块等五大模块组成。

　　

 

　　图2 系统设计总体框图

　　1.2方案选取

　　由于本次课程设计是数模电路设计，，并且考虑到单片机编程对于小组成员都不熟悉，调试将遇到更大困难。方案一电路都为所学知识搭建，原理比较熟悉，故采用了硬件电路较复杂的方案一。

　　二 设计与实现

　　超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C

　　式中 L——要测的距离

　　T——发射波和反射波之间的时间间隔

　　C——超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s

　　声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。

　　2.1超声波测距原理

　　2.1.1 发射部分：

　　

 

　　图3 超声波发射结构图

　　由两块555集成电路组成。IC1(555)组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。

　　条件: RA =9.1MΩ、 RB=150KΩ、 C=0.01μF

　　TL = 0.69 x RB x C = 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 msec

　　TH = 0.69 x (RA + RB) x C = 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msec

　　IC2组成超声波载波信号发生器。由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50%的脉冲，停止64ms。计算公式如下：

　　条件: RA =1.5KΩ、 RB=15KΩ、 C=1000pF

　　TL = 0.69 x RB x C = 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10μsec

　　TH = 0.69 x (RA + RB) x C = 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsec

　　f = 1/(TL + TH) = 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHz

　　IC3(CD4069)组成超声波发射头驱动电路。

　　

 

　　图4 超声波发射电路图

　　2.1.2接收部分：

　　

 

　　图5 超声波接收结构图