基于单片机的超声测距报警系统设计方案

2.1 超声波发射电路

　　超声换能器外加电压的大小是决定探测距离远近的一个重要因素。外加电压能影响换能器内部压电陶瓷材料的电场强度，进而影响振膜形变量和压电转换效率。目前常用的一种方法是采用7404 系列的反相器作为超声发射换能器的电压驱动芯片，尽管这种方案设计简单，价格也很低，但它产生的驱动峰峰电压较低，最高也仅有7v 左右，大大缩短了探测距离。针对这种情况，本文决定采用MAX232 代替反相器，以推挽的方式来增大超声发射换能器的发射驱动电压，提高压电转换效率。通过实验测的，MAX232 可将5v左右的TTL 电平转换成9.2v 左右的232 电平，峰峰值可达18.5v,探测距离可达5m,占空比也近似50%,克服了探测距离近的缺点，而且其他性能指标完全符合设计要求。本方案发送的超声波以10 个周期为一个序列，两个序列之间相隔32768us,即T1 定时器溢出的时间。当T1 溢出时，系统显示错误并重新发射超声波进入到下一次测量。系统发射电路如图2 所示。

图2 系统发射电路图

　　2.2 超声波接收电路

　　超声波在空气中传播时，能量会随着距离的增加而不断衰减。通过实验测得，当探测距离为1m 左右时，信号能量已经衰减到30mv 左右，我们需要把这个接收到的微弱的超声波正弦信号进行放大、滤波等处理，输入到PIC 的外部中断口，作为接收到回波的标志。通常的设计思路是首先采用LM 系列的放大器进行放大，然后经过滤波、频率锁定等电路输入到INT0 产生中断。该方法的优点在于可以锁定所需要的频率，防止外界其他频率的超声波的干扰，但缺点在于集成度不高，设计和焊接比较繁琐。为此本文采用索尼公司的CX20106A 红外遥控接收集成芯片，该芯片可用于超声波处理电路，它集成了放大、限幅、带通滤波、峰值检测、整形和比较等功能，具有很高的灵敏度和抗干扰性[5].CX20106A 芯片的7 引脚与PIC单片机的INT0 相连接，未接收到超声波时，7 引脚输出4.1v 左右的高电平，不产生中断；当接收到与中心频率40KHz 相符或相近的超声波时，便产生低跳变。

　　当检测到有底跳变时，把第一个下降沿信号输入到INT0 作为外部中断信号，然后关闭定时器T1 并读取T1 的计数值，进行下一步的时间和距离计算。接收电路图如图3 所示，图4 为发射和接收时序图。

图3 系统发射电路图。

图4 发射与接收时序图