超声波测距仪的研究与设计

杨扬

（大连科技学院电气工程系，辽宁大连，116052）

超声波测距仪的研究与设计

杨扬

（大连科技学院电气工程系，辽宁大连，116052）

本文介绍了一种基于超声波技术的智能超声波测距仪，其以超声波传感器、单片机STC89C52为微控制器，外加温度的补偿、显示模块、报警电路、复位电路、键盘控制电路设计和电源电路。

超声波；传感器；单片机

0 引言

近年来，随着电子技术的快速发展，人们对测量距离参数要求增高，不仅要求测距仪的精确度，还要求测量速度快，测量操作简便，测距仪不受不同的地点和天气温差的影响，因而超声波测距仪应运而生。超声波测距仪不仅满足了以上的要求，还具有造价低、低功耗、便于携带等优点，因而广泛应用于各个领域的测量。

1 应用的技术

1.1 超声波技术

超声波是一种机械波，人耳是听不到的，一般频率20000Hz左右。超声波具有一定的传播方向性，其常常用在检测技术。

超声波具有如下特点：波长短、方向性强、能传播足够远的距离、可在各种介质中传播的特点，所以用来测量距离。

1.2 超声波测距技术

超声波测距技术的原理：通过超声波发射装置发出超声波，超声波传输需要时间，记录接受装置接受到超声波的时间，计算出具体的时间差，就能显示测量距离。超声波能测量距离主要是因为超声波在传播过程中方向性好，传播中遇到阻碍物就被反射回来，超声波接受装置一接受到反射信号就开始计算测量距离。超声波测量距离有相位检测法、声波幅值检测法、渡越时间检测法三种主要方法。

2 超声波测距仪的硬件

超声波测距仪的硬件部分包括主控制电路、超声波传感器、温度的补偿、显示模块、报警电路、复位电路、键盘控制电路设计和电源电路。

2.1 主控制电路

超声波测距仪系统的主控制电路考虑到McS-51单片机兼容性的要求，设计采用AT89S52单片机。它由ATMEL生产制造，AT89S52是一款低功耗的微控制器，具有高性能控制特性，并且具有8K的模式可编程闪存。其和工业用的80C51系列能完全实现兼容。通过软件编程处理，来控制超声波测距仪系统正常运行，实现对硬件功能的控制，达到传输数据，测量距离的目的。

2.2 超声波传感器

本系统采用超声波传感器，超声波传感器还称为超声波换能器。不同的超声波传感器，根据其实现的物理效应分为很多的种类。本系统应用的超声波传感器分为超声波信号发射电路和超声波信号接收电路。系统在户外应用的时候，应考虑到防水和信号稳定程度，以便于测量。

2.2.1 超声波信号发射电路

超声波信号发射电路采用74LS04反相器，超声波测距的原理为发射的信号碰到被测物体被反射回并接受，精确测量这段时间，进而计算出我们与被测物体的距离，因此74LS04反相器采用两个，并且并联，已达到好的测量效果。除此还用到超声波发射换能器T来加强超声波信号发射的强度。

2.2.2 超声波信号接收电路

超声波信号接收电路主要采用CX20106A集成电路芯片。它是一种基于红外线检波接收的芯片，具有抗干扰能力强，灵敏度高的特性，因此常用于作为超声波信接收装置。其对接收来的信号进行放大、滤波，使信号更加稳定，整个过程中其放大增益可达80db。

2.3 温度的补偿

因为不同的地域和不同的时间月份都存在明显的温差，温度的改变会影响超声波速度的测量，所以超声波测距仪需要温度补偿电路，达到优良的精度。本系统的温度的补偿应用温度传感器DS18B20 ，DS18B20操控能力强并适合于远距离传送，工作时同超声波共同测量数据。DS18B20采集数字温度测量信号传输给单片机实现控制。

2.4 显示模块

通过显示模块显示超声波测距仪的测量距离，还可以显示当前的温度数值。超声波测距仪的显示模块采用液晶显示屏LCD1602来显示测量数据。液晶显示屏LCD1602的显示的原理是根据液晶屏的物理特性，应用控制电压的高低显示信号和图形。LCD1602是一种常用的显示屏，其具有造价低，图像清晰、功耗低的特点。

2.5 报警电路

报警电路主要采用蜂鸣器和三极管来实现。当在测量时，前方有障碍物超过预设的距离，超声波测距仪会发出报警信号来提示操作者；当前方有障碍物没超过预设的距离，单片机会控制蜂鸣声音。报警电路与单片机相连接，通过单片机设定来控制。

2.6 复位电路

当系统接通电源，复位电路起到初始化的作用，复位之后再运行操作程序。在按下复位键后，电路中的电容器快速放电，系统恢复到初始化状态；在复位键松开后，电容器充电过程，这样就实现了复位过程。

2.7 键盘控制电路设计

在控制电路的键盘控制电路设计中，采用两个单独的按键，两个按键与单片机的引脚P3.4和P3.5相连。当按下其中一个按键，超声波测距仪启动，开始工作。当按下另一个按键，超声波测距仪停止，结束工作。

2.8 电源电路

电源电路主要作用是给超声波测距仪系统供电。本系统采用的是9V电池供电电路，电流通过LM7805三端稳压器起到稳定电压作用，LM7805输出恒定直流电5V供给系统供电。

[1]胡萍.超声波测距仪的研制[J].计算机与现代化.2013（10）.

[2]杨伟峰.数字式超声波测距仪设计[J].传感器世界.2016（3）.

[3]孔德华.谈超声波测距仪硬件系统中的单片机系统[J].电子世界 .2011（12）.

Research and design of ultrasonic range finder

Yang Yang
（Dalian Institute of Science and Technology，Dalian Liaoning，116052）

This paper introduces a kind of intelligent ultrasonic distance measurement based on ultrasonic technology, the ultrasonic sensor, MCU STC89C52 as micro controller, external compensation, display module,alarm circuit, reset circuit, keyboard control circuit and power supply circuit design temperature.

ultrasonic;sensor;MCU