基于單片機的超聲波測距系統設計

　　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組成低通濾波網絡，C9和R12組成高通濾波網絡，兩者串聯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，電路參數可通過AV=1+R9／R10和ω0=1／R12C2(1／RW+1／R13)確定。經過帶通濾波后的信號經專用儀表放大器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信號。由包絡檢波電路，電壓比較器和RS觸發器組成。包絡檢波電路由二極管D3，電阻R19，和電容C13組成。經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，由于二極管是正向導通的，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觸發器用于產生單片機所需的中斷信號?；綬S觸發器由與非門組成，同時由單片機進行控制，如圖6所示。在發送端發送超聲波信號時，P1．2輸出高電平，經過反相器后，變為低電平加到觸發器的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觸發器的輸入分別為，R=O，S=l，為0態，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，輸入為高電平，不產生中斷。當發送完畢時，P1．2輸出低電平，經反相器，變為高電平送到觸發器的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觸發器的 R="1"，S=1，為保持狀態，即Q=1，Q=0，也不產生中斷。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觸發器的輸入端 R="1"，S=0，觸發器工作在0態，即Q=O，Q=1。單片機的中斷輸入端的電平由高電平變為低電平，從而使單片機產生中斷。