超聲波測距報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用單片機(jī)的定時器功能產(chǎn)生40KHz 脈沖信號， 并通過端口RB1 輸出到超聲波發(fā)射部分。超聲波發(fā)射電路中， 六反相緩沖器CD4049 包括6個非門，現(xiàn)僅使用3 個，為防止干擾或被靜電擊穿導(dǎo)致整個CD4049 損壞，把未使用的3 個非門串起來做接地處理。當(dāng)控制端輸出一系列固定頻率脈沖時，在超聲波發(fā)射器TCT40-1F 上就以固定的頻率加正電壓和反電壓，從而發(fā)出大功率的超聲波。這種以軟件方式產(chǎn)生的波形較用其他方式產(chǎn)生的效果更理想。

接收器采用與發(fā)射器相配對的TCT40-2S， 將超聲波調(diào)制脈沖轉(zhuǎn)換為40KHz 毫伏級電壓信號， 此信號需經(jīng)過放大處理才能觸發(fā)單片機(jī)中斷。芯片CX20106 內(nèi)置前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整型電路等。其中前置放大器具有自動增益控制功能，可保證在超聲波傳感器接收較遠(yuǎn)反射信號而輸出微弱電壓時，放大器有較高的增益，而在近距離輸入信號強(qiáng)時，放大器不會過載。調(diào)節(jié)芯片引腳5 的外接電阻R3 的值，可設(shè)置濾波器的中心頻率。當(dāng)RB3=200K時，中心頻率為42KHz；當(dāng)RB3=220K 時，中心頻率為38KHz。當(dāng)接收到與濾波器中心頻率相符的信號時，引腳7 輸出一個低電平，從而觸發(fā)中斷。適當(dāng)改變引腳2 的外接電容C4 的值，可改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。

3位LED數(shù)碼顯示采用顯示器動靜態(tài)驅(qū)動相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。采用單片機(jī)串行口通過74HC164 串入并出移位寄存器來輸出LED 的段驅(qū)動信號，每個LED 的段信號都連在一起，并與74HC164 輸出的段驅(qū)動信號連接。每個LED 的位驅(qū)動信號由單片機(jī)的端口RB5~RB7 通過ULN2004 驅(qū)動集成塊分別驅(qū)動，LED 需用共陰數(shù)碼管。

報警模塊的功能是， 當(dāng)傳感器與障礙物的距離不小于設(shè)定值時，綠色指示燈閃亮；反之，紅色指示燈閃亮，蜂鳴器發(fā)聲，提示人員注意安全距離。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件分為兩部分：主程序和中斷服務(wù)程序，流程圖如圖2 所示。主程序完成初始化工作及超聲波發(fā)射和接收控制。中斷服務(wù)程序包括定時中斷服務(wù)子程序和外部中斷服務(wù)子程序，分別完成超聲波的發(fā)射、距離計(jì)算及顯示報警等工作。

圖2 測距報警系統(tǒng)程序流程圖

3.測試結(jié)果

當(dāng)距離大于2m 時，綠燈閃亮，顯示距離；當(dāng)距離小于1m 時，紅燈閃亮，由端口RB2 驅(qū)動蜂鳴器報警，顯示距離；當(dāng)距離介于2m 和1m之間時，紅燈閃亮，顯示距離。為提高抗干擾能力，系統(tǒng)連續(xù)發(fā)射超聲波，測量三次，從中剔除最大最小值，取中間值計(jì)算出距離。

4.結(jié)語

此系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了測距及報警功能，可用于汽車倒車、液位監(jiān)控等場合，而且測量簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠。