播途
中一旦遇到障碍物后就被反射回来,当接收器收到反射波后立即停止计时。这样,定时器就记录下了超声波自发射点至障碍物之间往返传播经历的时间t(s)。由于常温下超声波在空气中的传播速度约为340m/s,所以发射点距障碍物之间的距离为: S=340 t/2=170 t (1)
由于单片机内部定时器的计时实际上是对机器周期T机的计数,设计中时钟频率fosc取12MHz,设计数值N,则
T机=12/fosc=1μs,t=N T机=N×10-6(s) S=170×N×T机=170×N/106(m)
或S=17×N/103(cm) (2) 程序中按式(2)计算距离。 可以看出主要部分有：
(1)供应电能的脉冲发生器（发射电路）； (2)使接收和发射隔离的开关部分；
(3)转换电能为声能，且将声能透射到介质中的发射传感器； (4)接收反射声能（回波）和转换声能为电信号的接收传感器；
(5)接收放大器，可以使微弱的回声放大到一定幅度，并使回声激发记录设 备；
(6)记录/控制设备，通常控制发射到传感器中的电能，并控制声能脉冲发射到记录回波的时间，存储所要求的数据，并将时间间隔转换成距离。
在超声波测量系统中，频率取得太低，外界的杂音干扰较多；频率取得太高，在传播的过程中衰减较大。故在超声波测量中，常使用40KHz的超声波。目前超声波测量的距离一般为几米到几十米，是一种适合室内测量的方式。由于超声波发射与接收器件具有固有的频率特性，具有很高的抗干扰性能。距离测量系统常用的频率范围为25KHz～300KHz的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。发射电路一般由振荡和功放两部分组成，负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串，并由传感器转换成声能发射出去；接收放大器用于放大回声信号以便记录，同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号，接收放大器要有足够的频带宽度；收/发隔离则使接收装置避开强大的发射信号；记录/控制部分启动或关闭发射电路并记录
发射的瞬时及接收的瞬时，并将时差换算成距离读数并加以显示或记录。 第3.1 单片机的选择
单片机种类很多,根据本系统需要实现的功能,及够用、好用的原则,本文选择功耗低、性能高的A T89C51单片机。该单片机内含4 kB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128B的随机存取数据存储器(RAM)。其具有40个引脚,32个外部双向输入输出(I O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。在编程方面,A T89C51既可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理
器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的F la sh存储器可有效地降低开发成本。
3章 单片机的测距系统 .
汽车倒车防撞报警系统结构
3.2 超声波发射与接受电路设计
超声波发射与接收电路是整个系统的重要部分，因此确定一种好的设计方案关系整个系统的精确性和安全可靠性。本文通过多种方案比较，以达到最佳方案确定。 设计方案一：
由施密特振荡器和数字功放电路组成，由P1.0口发出的同步脉冲信号如图3.1。它启动振荡器，输出40KHz的高频信号，经整形及功放电路，加至发射换能器，发出40kHz的超声波。接收电路主要由回波放大接收及比较控制电路组成，如图3.1所示。
图3.1接收控制及接口电路
初始，比较器A1同相端已经通过调整Rr，使其电压略高于2.5V。因此A1应输出高电平，但由于D1相位作用，A1输出低电平，即RS触发器的
=0，Q=1，
=1,，
=0。当P1.0发出启动信号，在A点形成正脉冲，经N1反相，
释放，Q=0，
=1，Q=0，
=0，D1相位
=1，
=1（正跳），T0计数器开始计数。脉冲过后，=1，
=1。回波信号经放大滤波，送至比较器A1的反相端，它是叠加在2.5V电
=1，Q=1，
=0
压上的交变40kHz的信号。它的前沿使A1输出低电平。=0，（负跳），即
获得负跳沿信号，CPU响应中断，T0计数停，计数值N1送存RAM。
由于发射探头和接收探头都是平行放置且距离较近，发射探头发射超声波时，接收探头会引起强烈的感应信号，因此必须将其隐去。当P1.0输出启动信号，主控同步脉冲加至比较器A2时，A2输出一个远大于2.5V的电压，经过D2降压后约为7.5V左右，加至A1同相端，又C2的延迟作用，A1同相端产生一定宽度和高度的方波，它的
幅度和宽度均大于发射串扰信号，A1输出端即RS触发器的端仍为高电平，这样串扰信号将被隐去。这段时间称为盲区，约2ms。 设计方案二:
40KHz的超声波发送脉冲信号由单片机的P1.0口送出，发出一系列的脉冲群，每一个脉冲群的持续时间大约为0.5ms左右。信号经过三极管放大，再经过阻抗匹配电路即变压器（变压器输入输出比为1：10）后，驱动超声波发射头，发射换能器两端就加上了高电压，内部的压电晶片开始震动，经过压电换能器将发出40kHz的脉冲超声波。当超声波遇到障碍物时就会产生反射波，发射波返回到超声波传感器上，尽管发射部分的脉冲电压比较高，但是由回波引起的接受压电晶片产生的射频电压幅度近距离有几毫伏，远距离还不到几毫伏，由于在较远距离的情况下，声的回波很弱，因而转换为电信号的幅值也很小，为此要求将信号放大6000倍左右。信号经过放大整形电路产生一个负脉冲信号，使单片机产生中断。
在接收端第一级，要求其放大倍数为了C945这62倍左右，所以选择只三极管，达到了放大倍数。第二三级选用了一枚集成放大器NE5532，它集成了两个放大器，可达到预定放大倍数。 设计方案三: 1、发射电路
发射电路由555多谐振荡器和数字功率放大器组成。采用555多谐振荡器可以实现宽范围占空比的调节，并且电路设计简单占用面积小。如图4.2所示，由单片机.P1.口发出同步脉冲信号，该同步脉冲启动多谐振荡器，使其输出20KHz
的高频电压信号，经过整形及功放电路加至超声波换能器探头，根据逆压电效应，产生振动频率为20KHz的超声波。
2、接收电路
接收电路主要由回波放大接收电路及比较电路组成。如图3.3所示，首先调节可调电阻使比较器A1同相端电位高于2.5V。由于D1输出低电平，而反相器N输出高电平，所以有RS触发器的=0，=1，Q=1，=0当P1.0发出启动信号（如图3.2中的（1）所示）经过微分电路形成的同步脉冲信号通过反相器N的反相功能，=0，D1箝位释放=1，Q=0，=1（正跳变），T0计数器开始记数，脉冲经过之后==1，Q=0，=1。回波信号经过放大滤波送至比较器A1的反相端，它是叠加在2.5V上的频率为20KHz的高频电压信号。如图3.2中的（3）
所示，其前上升沿使A1输出低电平，=0，=1，Q=1，=0（负跳变）即获得负跳沿信号，CPU响应中断请求，使T0计数器停止计数，记数值N送存RAM。 3、盲区干扰信号的消隐
通常发射换能器和接收换能器都是平行放置且距离较近。当发射探头发射超声波时接收换能器接收到的第一个波是串扰直通波，也称泄漏波它是近源的波束旁瓣或通过绕射由发射换能器直接到达接收换能器而造成的。因此，通常接收探头会引起强烈的感应信号。所以必须将其隐去,当P1.0输出启动信息,同步脉冲加至比较器A2时，A2输出一远大于2.5V的电压，经D2降压后大约等于7.5V，加至A1同相端，由于C1延迟作用，A1同相端将产生一定宽度和高度的方波，如图3.2中的（4）所示。它的宽度和幅度都大于发射串扰信号，A1输出端即RS触发器S端仍为高电平，这样串扰信号将被隐去，这段时间称为盲区，约2毫秒。
图3.2测距脉冲图