基于单片机的超声波测距系统设计 用HC-SR04传感器

图 2.1.5 系统框图

第三章 系统主要硬件设计

3.2 超声波发射和接收电路设计

超声波是一种振动频率超过20 kHz的机械波，它可以沿直线方向传播，而且传播的方向性好，传播的距离也较远，在介质中传播时遇到障碍物在入射到它的反射面上就会产生反射波[6]。由于超声波的以上几个特点，所以超声波被广泛地应用于物体距离的测量、厚度等方面[6]。而且，超声波的测量是一种比较理想的的非接触式的测距方法[6]。

当进行距离的测量时，由安装在同一水平线上的超声波发射器和接收器完成超声波的发射与接收，并且同时启动定时器进行计数[7]。首先由超声波发射探头向倒车的方向发射超声波并同时启动定时器计时，超声波在空气中传播的途中一旦遇到障碍物后就会被反射回来，当接收探头收到反射波后就会给负脉冲到单片机使其立刻停止计时[6.7]。这样，定时器就能够准确的记录下了超声波发射点至障碍物之间往返传播所用的时间t（s）[7]。由于在常温下超声波在空气中的传播速度大约为340 m/s[7]，所以障碍物到发射探头之间的距离为：

S=340×t/2=170×t

因为单片机内部定时器的计时实际上就是对机器周期T的计数，而本设计中时钟频率fosc取12 MHz，设计数值N，则：

T＝12/fosc=1μs t=N×T＝N×0.000001（s） S＝170×N×T＝170×N/1000000（m）

在程序中按式S＝170×N×T＝170×N/1000000计算距离。 3.2.1 超声波发射电路设计

超声波发射电路是由超声波探头和超声波放大器组成。超声波探头将电信号转换为机械波发射出去，而单片机所产生的40 kHz的方波脉冲需要进行放大才能将超声波探头驱动将超声波发射出去，所以发射驱动实际上就是一个信号的放大电路，本设计选用74LS04芯片进行信号放大，超声波发射电路如图3.5所示。