AT89S52单片机超声波测距系统电路设计

2022-06-01 13:31分类：电路图阅读：

　　超音波是一种頻率在20KHz 之上的机械设备波，在空气中的传播约为340 m／s（20°C时）。超音波可由超音波感应器造成，常见的超音波感应器两类：一类是选用电气设备方法造成超音波，一类是用设备方法造成超音波，现阶段比较常见的是压阻式超音波感应器。因为超音波具备便于定项发送，专一性好，抗压强度好操纵，对颜色、光照强度不比较敏感，透射率高特性，因而被普遍使用于无损检测，间距精确测量、间距电源开关、车辆变道防滑、服务机器人等行业。

　　本制定的总体框架图如下图所示，关键由超音波发送，超音波接受与数据信号变换，按键显示电源电路与温度感应器电源电路构成。超声波传感器是经过不断地监测超音波释放后碰到阻碍物所折射的雷达回波，进而测得发送和接受雷达回波的时差T，随后求出间距S=CT／2，式中的C 为超音波波速。在常温状态，空气中的波速约为340m／s。因为超音波也是一种声波频率，其快速传播C与气温相关，在运用时，假如环境温度改变并不大，则可以为波速是基本上一致的。因本系统软件激光测距精密度需求很高，因此利用对溫度的检查对超声的快速传播多方面校准。超音波快速传播明确后，只需测得超音波来回的時间，就可以求出间距。这就是超声波传感器系统软件的基本概念。

　　超音波数据信号的发送与接受电源电路

　　发送一部分电源电路如图所示3所显示，关键由脉冲调制数据信号形成电源电路，防护电源电路及其光耦电路构成，用于为超音波感应器给予推送数据信号。脉冲调制数据信号形成电源电路中根据单片机设计对555定的校准（RESET）端操纵，使555计时器分时图工作中进而生产制造生单脉冲頻率为40KHz，周期时间为30ms 的脉冲调制数据信号，数据信号波型如图所示2所显示，本设计方案中一个周期时间内推送10个差分信号。防护电源电路主要是由2个与非门构成，对輸出级与单脉冲造成电源电路中间实现防护。輸出级由2个通用性集成化运算放大器TL084CN 构成，因为超音波控制器的发送间距与其说两边所施加的工作电压正相关，因而规定电源电路要造成非常大的推动工作电压，其原理便是一个较为电源电路，当输进讯号超过2．5V 时，运算放大器A 的输出电压VA= 12V，运算放大器B 的输出电压VB=-12V，当输进数据信号2．5V 时，运算放大器A 的输出电压VA=“-12V”，运算放大器B 的输出电压VB= 12V，因此在超声波感应器两边获得2个旋光性彻底反过来的对称性波型，即VB=-VA ，因此加在超音波感应器两边的工作电压V=VA-VB=2VA，其两头的工作电压可做到24V，进而确保超音波可以推送很远的间距，提升了精确测量测量范围。

　　接受一部分的控制电路由运算放大器，带通低通滤波器及其数据信号转换电源电路构成。运算放大器和带通低通滤波器如图所示4所显示。因为超音波数据信号在空气中散播时得到非常大程度上的衰减系数，因此反射面回的超音波数据信号十分的很弱，不可以立即送至后续电源电路完成解决，务必将数据信号变大到充分的力度，才可以使后级电源电路对它完成恰当的解决。外置运算放大器是由集成化运算放大器构成的自举电路式积分电路沟通交流运算放大器，具备很高的键入特性阻抗，C5，C6，C7为隔直电容器，R5，R6，R7为参考点电阻器，用于设定放大仪的静态工作点。带通过滤器选用二阶RC 有源滤波器，用以清除超音波散播环节中遭受的电磁干扰的危害。

　　运算放大器与带通低通滤波器

　　该电源电路为二阶压控电压源带通低通滤波器，图上RW，C10 构成低通滤波器互联网，C9和R12构成高通芯片过滤互联网，二者串连构成了带通低通滤波器。集成化运算放大器和电阻器R9，RlO 一起构成同相占比放大仪，为了更好地使电源电路可以稳定工作，务必确保同相占比放大仪的增益值，滤波器的管理中心頻率ω0=40kHz，电源电路主要参数可根据AV=1 R9／R10和ω0=1／R12C2（1／RW 1／R13）明确。历经带通滤波后的讯号经专用型仪表放大器AD620开展变大，随后送至数据信号转换电源电路，数据信号转换电源电路主要是将接受到的线性数据信号转换成单片机设计的终断开启数据信号。由包络检波电源电路，工作电压电压比较器和RS 触发器原理构成。包络检波电源电路由二极管D3，电阻器R19，和电容器C13构成。历经包络检波获得的数据信号如图所示6中的V2所显示。电压跟随器由集成化运算放大器和电容电阻构成，为了更好地清除推送摄像头的电磁干扰，大家将单片机设计P1．2輸出的数据信号加到电压跟随器的积分电路端，它的波形图是250μs 的上拉电阻，和29750μs 低电频的波形，根据二极管D3将P1.2和电压比较器的正方向端防护。当P1．2輸出上拉电阻时，根据二极管对电容器C14电池充电，因为二极管是正指导通的，因此电池充电迅速，当P1．2輸出为高电平时，二极管反方向截至，电容器经过电阻器RW 和R21充放电，因为总电阻器较为大，因此充放电很迟缓，波型如图所示6中V3所显示，从图上可看得出，在都没有接到回到数据信号时，电压比较器輸出上拉电阻，假如接到回到数据信号，电压比较器便輸出低电频，輸出波型如图所示6中Vo 所显示，根据这类方式就可以清除发送摄像头对反射面回的讯号的影响。

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