1、科 技 天 地INTELLIGENCE超聲波測距儀硬件的研究設計吉林航空工程學校 趙 旭摘 要：利用超聲波測量距離是一種有效的非接觸式測距方法，本文介紹了一種常用的脈沖反射式超聲波測距系統，給出系統硬件設計方案，此系統具有易于控制，成本低，工作可靠，測量精度高等優點。關鍵詞：單片機 超聲波 測距 研究引言目前測量距離一般采用波在介質中傳播速度和時間關系進行測量。常用的技術主要有激光測距、微波雷達測距和超聲波測距三種。超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢且在介質中傳播距離較遠等優點，因而經常用于測量距離。相比其他定位技術而言，超聲波定位技術成本低、精度高、可操作性強、工作穩定，適合短距離測量定位。單

2、片機為許多控制提供了非常靈活和低成本的解決方案，充分利用片內資源，利用較少的外圍電路就可以構成功能完善的測距系統。本文介紹一種常見的以單片機為核心的低成本、高精度、LED數碼管顯示的超聲波測距儀的硬件設計方法。一、系統原理本設計采用超聲波渡越時間檢測法。其原理是利用電路檢測從超聲波發射器發出超聲波經過氣體介質傳播到接收器的時間，即渡越時間。一般超聲波測距是根據反射的原理，那么渡越時間與氣體中超聲波傳播速度相乘再除以2，就是v×t聲波傳播距離。距離d的計算公式如下：d=2其中v是超聲波在氣體介質傳播速度（m/s）；t是渡越時間（s）。但是實際來看，限制系統最大可測距離存在幾個因素：超聲

3、波的幅度、反射的質地、反射和入射聲波之間的夾角、超聲波發射頻率等。為了提高靈敏度和最大測距距離，在實驗中適當修改電路以達到理想狀態。二、硬件電路設計1、超聲波發射電路U1BU1AVCC74LS04I/O2、超聲波接收電路本設計中采用一種常用的集成電路CX20106A作為超聲波接收電路的核心。而該集成電路一般常見于電視機紅外遙控接收器，一般接收38KHz或者40KHz頻率的信號。在實際中，用CX20106A組成的超聲波接收電路的抗干擾能力和靈敏度都非常理想，并且適當改變電容和電阻就可以改變接收的頻率，提高靈敏度和抗干擾能力。3、數碼管顯示電路數碼管是單片機應用系統中廣泛使用的一種顯示器件，從內部

4、電路連接上共分為共陰極、共陽極兩種，其內部是由發光二極管組成的。從字面意思就可以理解：共陰極數碼管就是每個數碼管的八個發光二極管的陰極都連接在一起，而共陽極數碼管是發光二極管的陽極都連接在一起。數碼管與單片機的接口比較方便，只要將單片機的8位并行I/O口與數碼管的段碼引腳相連接即可，從8位并行I/O口輸出不同的段碼，數碼管就會顯示不同的數字,如圖2所示。p1.1p1.2p1.3p1.4圖1 超聲波發射電路原理圖超聲波發射電路包括超聲波振蕩器和超聲波發射頭兩部分組成。其電路原理圖如圖1所示。發射超聲波需要在超聲波振蕩器的外接電路兩端產生振蕩，超聲波發射頭才能夠發射超聲波，利用單片機的I/O口輸出

5、40KHz方波經過反向器74LS04一級一級推挽式將方波信號加載到超聲波發射頭上，可以提高發射強度，提高驅動能力。其中R1、R2電阻一方面可以增加阻尼效果，縮短振蕩時間，另一方面提高74LS04的輸出高電平的驅動能力。圖2 數碼管顯示電路結語超聲波測距所能測的距離大小與傳感器的驅動功率、測量電路和測量方法有很大的關系。在設計電路時要調整部分分立元件的參數。本文介紹了采用單片機設計的超聲波非接觸式測距系統的硬件組成，在設計中分別在發射和接收電路使用了74LS04和CX20106A兩款集成電路，減少電路之間的干擾，該系統可以應用于小距離測距，智能機器人檢測等方案中。參考文獻：1 趙珂、向瑛、王忠、施琴紅：高準確度超聲波測距儀的研制，傳感器技術，2003，22：55-57。2 韋穗林：數字式超聲波測距儀的研制，電子設計工程，2009，10：39-41。3 張芬、董浩斌、焦彥斌：基于C8051F320單片機的超聲波