基于單片機(jī)的超聲測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 超聲波發(fā)射電路

　　超聲換能器外加電壓的大小是決定探測(cè)距離遠(yuǎn)近的一個(gè)重要因素。外加電壓能影響換能器內(nèi)部壓電陶瓷材料的電場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而影響振膜形變量和壓電轉(zhuǎn)換效率。目前常用的一種方法是采用7404 系列的反相器作為超聲發(fā)射換能器的電壓驅(qū)動(dòng)芯片，盡管這種方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格也很低，但它產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)峰峰電壓較低，最高也僅有7v 左右，大大縮短了探測(cè)距離。針對(duì)這種情況，本文決定采用MAX232 代替反相器，以推挽的方式來(lái)增大超聲發(fā)射換能器的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電壓，提高壓電轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)的，MAX232 可將5v左右的TTL 電平轉(zhuǎn)換成9.2v 左右的232 電平，峰峰值可達(dá)18.5v,探測(cè)距離可達(dá)5m,占空比也近似50%,克服了探測(cè)距離近的缺點(diǎn)，而且其他性能指標(biāo)完全符合設(shè)計(jì)要求。本方案發(fā)送的超聲波以10 個(gè)周期為一個(gè)序列，兩個(gè)序列之間相隔32768us,即T1 定時(shí)器溢出的時(shí)間。當(dāng)T1 溢出時(shí)，系統(tǒng)顯示錯(cuò)誤并重新發(fā)射超聲波進(jìn)入到下一次測(cè)量。系統(tǒng)發(fā)射電路如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)發(fā)射電路圖

　　2.2 超聲波接收電路

　　超聲波在空氣中傳播時(shí)，能量會(huì)隨著距離的增加而不斷衰減。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，當(dāng)探測(cè)距離為1m 左右時(shí)，信號(hào)能量已經(jīng)衰減到30mv 左右，我們需要把這個(gè)接收到的微弱的超聲波正弦信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，輸入到PIC 的外部中斷口，作為接收到回波的標(biāo)志。通常的設(shè)計(jì)思路是首先采用LM 系列的放大器進(jìn)行放大，然后經(jīng)過(guò)濾波、頻率鎖定等電路輸入到INT0 產(chǎn)生中斷。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以鎖定所需要的頻率，防止外界其他頻率的超聲波的干擾，但缺點(diǎn)在于集成度不高，設(shè)計(jì)和焊接比較繁瑣。為此本文采用索尼公司的CX20106A 紅外遙控接收集成芯片，該芯片可用于超聲波處理電路，它集成了放大、限幅、帶通濾波、峰值檢測(cè)、整形和比較等功能，具有很高的靈敏度和抗干擾性[5].CX20106A 芯片的7 引腳與PIC單片機(jī)的INT0 相連接，未接收到超聲波時(shí)，7 引腳輸出4.1v 左右的高電平，不產(chǎn)生中斷；當(dāng)接收到與中心頻率40KHz 相符或相近的超聲波時(shí)，便產(chǎn)生低跳變。

　　當(dāng)檢測(cè)到有底跳變時(shí)，把第一個(gè)下降沿信號(hào)輸入到INT0 作為外部中斷信號(hào)，然后關(guān)閉定時(shí)器T1 并讀取T1 的計(jì)數(shù)值，進(jìn)行下一步的時(shí)間和距離計(jì)算。接收電路圖如圖3 所示，圖4 為發(fā)射和接收時(shí)序圖。

圖3 系統(tǒng)發(fā)射電路圖。

圖4 發(fā)射與接收時(shí)序圖