基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)設計

　　接收部分的電路由放大電路，帶通濾波電路以及信號變換電路組成。放大電路和帶通濾波電路如圖4所示。由于超聲波信號在空氣中傳播時受到很大程度的衰減，所以反射回的超聲波信號非常的微弱，不能直接送到后級電路進行處理，必須將信號放大到足夠的幅度，才能使后級電路對它進行正確的處理。前置放大電路是由集成運放組成的自舉式同相交流放大電路，具有很高的輸入阻抗，C5，C6，C7為隔直電容，R5，R6，R7為偏置電阻，用來設置放大器的靜態(tài)工作點。帶通濾波器采用二階RC有源濾波器，用于消除超聲波傳播過程中受到的干擾信號的影響。該電路為二階壓控電壓源帶通濾波電路，圖中RW，C10組成低通濾波網(wǎng)絡，C9和R12組成高通濾波網(wǎng)絡，兩者串聯(lián)組成了帶通濾波電路。集成運放和電阻R9，RlO一起組成同相比例放大器，為了使電路能夠穩(wěn)定工作，必須保證同相比例放大器的增益AV3，帶通濾波器的中心頻率ω0=40kHz，電路參數(shù)可通過AV=1+R9／R10和ω0=1／R12C2(1／RW+1／R13)確定。經(jīng)過帶通濾波后的信號經(jīng)專用儀表放大器AD620進行放大，然后送到信號變換電路，信號變換電路主要將接收到的包絡信號變換成單片機的中斷觸發(fā)信號。由包絡檢波電路，電壓比較器和RS觸發(fā)器組成。包絡檢波電路由二極管D3，電阻R19，和電容C13組成。經(jīng)過包絡檢波得到的信號如圖6中的V2所示。電壓比較器由集成運放和電容電阻組成，為了消除發(fā)送探頭的干擾信號，我們將單片機P1．2輸出的信號加到電壓比較器的同相端，它的波形是250μs的高電平，和29750μs低電平的方波，通過二極管D3將P1.2和比較器的正向端隔離。當P1．2輸出高電平時，通過二極管對電容C14充電，由于二極管是正向?qū)ǖ?，所以充電很快，當P1．2輸出為低電平時，二極管反向截止，電容通過電阻RW和R21放電，由于總電阻比較大，所以放電很緩慢，波形如圖6中V3所示，從圖中可看出，在沒有收到返回信號時，比較器輸出高電平，如果收到返回信號，比較器便輸出低電平，輸出波形如圖6中Vo所示，通過這種方法就可以消除發(fā)射探頭對反射回的信號的干擾。

　　電壓比較器的輸出信號送到基本RS觸發(fā)器用于產(chǎn)生單片機所需的中斷信號?；綬S觸發(fā)器由與非門組成，同時由單片機進行控制，如圖6所示。在發(fā)送端發(fā)送超聲波信號時，P1．2輸出高電平，經(jīng)過反相器后，變?yōu)榈碗娖郊拥接|發(fā)器的R端，因為沒收到反射信號之前，電壓比較器輸出為高電平，所以基本RS觸發(fā)器的輸入分別為，R=O，S=l，為0態(tài)，即Q=0，Q=1，Q的信號加到單片機的中斷輸入端，因為單片機的中斷為下降沿觸發(fā)，輸入為高電平，不產(chǎn)生中斷。當發(fā)送完畢時，P1．2輸出低電平，經(jīng)反相器，變?yōu)楦唠娖剿偷接|發(fā)器的R端，沒有收到反射回的信號時，電壓比較器輸出仍為高電平，所以基本RS觸發(fā)器的 R="1"，S=1，為保持狀態(tài)，即Q=1，Q=0，也不產(chǎn)生中斷。當接收到反射回的信號時，電壓比較器輸出低電平，因此，基本RS觸發(fā)器的輸入端 R="1"，S=0，觸發(fā)器工作在0態(tài)，即Q=O，Q=1。單片機的中斷輸入端的電平由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩箚纹瑱C產(chǎn)生中斷。