基于單片機的超聲測距報警系統設計方案

2.1 超聲波發射電路

　　超聲換能器外加電壓的大小是決定探測距離遠近的一個重要因素。外加電壓能影響換能器內部壓電陶瓷材料的電場強度，進而影響振膜形變量和壓電轉換效率。目前常用的一種方法是采用7404 系列的反相器作為超聲發射換能器的電壓驅動芯片，盡管這種方案設計簡單，價格也很低，但它產生的驅動峰峰電壓較低，最高也僅有7v 左右，大大縮短了探測距離。針對這種情況，本文決定采用MAX232 代替反相器，以推挽的方式來增大超聲發射換能器的發射驅動電壓，提高壓電轉換效率。通過實驗測的，MAX232 可將5v左右的TTL 電平轉換成9.2v 左右的232 電平，峰峰值可達18.5v,探測距離可達5m,占空比也近似50%,克服了探測距離近的缺點，而且其他性能指標完全符合設計要求。本方案發送的超聲波以10 個周期為一個序列，兩個序列之間相隔32768us,即T1 定時器溢出的時間。當T1 溢出時，系統顯示錯誤并重新發射超聲波進入到下一次測量。系統發射電路如圖2 所示。

圖2 系統發射電路圖

　　2.2 超聲波接收電路

　　超聲波在空氣中傳播時，能量會隨著距離的增加而不斷衰減。通過實驗測得，當探測距離為1m 左右時，信號能量已經衰減到30mv 左右，我們需要把這個接收到的微弱的超聲波正弦信號進行放大、濾波等處理，輸入到PIC 的外部中斷口，作為接收到回波的標志。通常的設計思路是首先采用LM 系列的放大器進行放大，然后經過濾波、頻率鎖定等電路輸入到INT0 產生中斷。該方法的優點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，但缺點在于集成度不高，設計和焊接比較繁瑣。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、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單片機的INT0 相連接，未接收到超聲波時，7 引腳輸出4.1v 左右的高電平，不產生中斷；當接收到與中心頻率40KHz 相符或相近的超聲波時，便產生低跳變。

　　當檢測到有底跳變時，把第一個下降沿信號輸入到INT0 作為外部中斷信號，然后關閉定時器T1 并讀取T1 的計數值，進行下一步的時間和距離計算。接收電路圖如圖3 所示，圖4 為發射和接收時序圖。

圖3 系統發射電路圖。

圖4 發射與接收時序圖