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参考资料资料.docx超声波测距仪硬件电路设计
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，传播速度仅为光波的百万分之一"纵向分辨 率较高。超声波对色彩、光照度、外界光线和电磁场不敏感，因此超声波测距对于被测物 处于黑暗、有灰尘或烟雾、强电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力，在液位测 量、机器人避障和定位、倒车雷达、物体识别等方面有广泛应用。由于超声波传播不易受 干扰，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。


目前，超声波传感器大致可以分为两类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用 机械方式产生的超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统 笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途 也各不相同。在工程中，目前较为常用的是压电式超声波传感器。
压电式超声波传感器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。压电式超声波发生器的 内部有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，且其频率等于压电晶片的固 有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波（逆压电效应）， 即为超声波发射器。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压 电晶片作振动，将机械能转换为电信号（压电效应），即为超声波接收器。
1. 2超声波测距原理
在某一时刻给超声波发生器施加40KHZ方波信号，发生器发出超声波，遇到被测物体 后反射回来，被超声波接收器接收到。只要计算出超声波信号从发射到接收的时间差，知道 在介质中的传播速度，就可以计算出被测物体的距离d=s/2=（vt）/2。其中d为被测物到测 距仪之间的距离，s为超声波往返通过的路程，v为超声波在介质中的传播速度，t为超声 波从发射到接收所用的时间。
由于超声波在空气中的传播速度与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本 不变。如果测距精度要求较高，则还要通过温度补偿的方法加以校正。不同温度下超声波在 空气中传播速度随温度变化的关系：v=+。式中，t为实际温度(°C)。
超声波发射器
超声波接收器



超声波发射电路由40KHZ振荡电路、驱动电路、超声波发射器构成。
40KHZ振荡电路
40KHZ振荡可采用软件和硬件两种方案实现。软件方案是利用单片机内部定时计数器 定时产生40KHZ方波输出，但会耗费单片机CPU时间，建议采用硬件方案。
40KHZ振荡电路方案一：与非门多谐振荡器
集成四与非门芯片74LS00的U1A、U1B构成多谐振荡器，产生超声波发射的40kHz方 波信号，电路振荡频率f~l/，通过调节20k的电位器可微调振荡频率。单片机I/O 口输出的控制信号由U1B输入，控制超声波的振荡与停止。U1C为整形输出。
40KHZ振荡电路方案二：555多谐振荡器
WC
00
R1
15K
MSCHG
R2
15K
THCLD
U1
555
:a
In
5

CVCLT

GND
FESET
4(KHZ^
TRIG
OUT
GND