基于單片機(jī)高精度工程超聲波測距系統(tǒng)研究

　　超聲波的發(fā)射電路

　　超聲波發(fā)射電路一般由超聲波反射器T、40kHz的超音頻振蕩器、驅(qū)動（或激勵）電路等組成，本設(shè)計(jì)利用門電路產(chǎn)生40kHz的超聲波，組成的超聲波發(fā)射電路見圖2。

　　圖中，與非門74LS00和LM386組成超聲波發(fā)射電路，用74LS00構(gòu)成多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié)20k的電位器，可產(chǎn)生超聲波發(fā)射的40kHz信號，其中U3A為驅(qū)動器，電路振蕩頻率f≈1/2.2RC，單片機(jī)的控制信號由U2A輸入。為增大超聲波的發(fā)射頻率，本設(shè)計(jì)利用了單運(yùn)放LM386，發(fā)射距離可達(dá)4m。

　　超聲波的接收電路

　　超聲波接收電路如圖3所示。接收頭采用與發(fā)射頭配對的超聲波接收器R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?。為了進(jìn)行信號的整形，在設(shè)計(jì)中的CMOS電平的6非門芯片CD4069，可以減少電路的復(fù)雜程度，提高電路的帶負(fù)載能力。整形后的信號由C1耦合給帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567的輸入端3腳，當(dāng)輸入信號的幅度落在其中心頻率上時(shí)，LM567的邏輯輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖健?P>

　　DS18B20溫度補(bǔ)償電路

　　根據(jù)上文中式（2）可知，溫度對聲速的影響較大，若不進(jìn)行補(bǔ)償，將會帶來測量誤差，為了提高系統(tǒng)的測量精度，設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償電路。系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度，DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的1-wire總線串行數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、易于與微處理器接口等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種溫度測控系統(tǒng)。它的測量溫度范圍為-55℃~+125℃，精度可達(dá)0.0675℃，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為200ms。

　　數(shù)字式溫度傳感器和模擬溫度傳感器最大的區(qū)別是：將溫度信號直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后通過串行通信的方式輸出。因此掌握DS18B20的通信協(xié)議是使用該器件的關(guān)鍵。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖時(shí)隙；寫“0”、讀“1”時(shí)隙，讀“0”、讀“1”時(shí)隙。初始化后，傳感器輸出兩個(gè)字節(jié)的溫度，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到實(shí)際溫度的值，利用式（2）可計(jì)算補(bǔ)償聲速。

　　液晶顯示電路

　　字符點(diǎn)陣系列模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型顯示模塊。分4位和8位數(shù)據(jù)傳輸方式。它提供5×7點(diǎn)陣+光標(biāo)和5×10點(diǎn)陣+光標(biāo)的顯示模式。提供顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)DDRAM、字符發(fā)生器CGROM和字符發(fā)生器CGRAM，可以使用CGRAM來存儲自己定義的最多8個(gè)5×8點(diǎn)陣的圖形字符的字模數(shù)據(jù)。它提供了豐富的指令設(shè)置：清顯示，光標(biāo)回原點(diǎn)，顯示開/關(guān)，光標(biāo)開/關(guān)，顯示字符閃爍，光標(biāo)移位，顯示移位等。提供內(nèi)部上電自動復(fù)位電路，當(dāng)外加電源電壓超過+4.5V時(shí)，自動對模塊進(jìn)行初始化

參考文獻(xiàn):