汽車超聲波測距裝置設計電路圖

A. 超聲波測距接收電路，請從基礎詳細解釋它的原理，比如三極體怎麼放大它的信號之類的。。

這個電路的原理不復雜，元件作用如下：
三個三極體分別組成三級放大電路。
R40是超聲波拾音器，或者叫檢測器、感測器，是個壓電元件。作用是把超聲波變為電信號。
R3是BG2的偏置電阻，作用是給BG2提供偏置電流，讓BG2能放大微弱的信號。
R2是BG2的集電極負載電阻，當信號電流流過時，將信號電流轉化為電壓。也是集電極供電電阻，電源（VCC）通過R3加到BG2的集電極。
C7是耦合電容，作用是把BG2放大後的信號耦合出去，同時隔斷BG2集電極的直流，防止BG2與BG3之間相互影響
BG2在R3、R2作用下處於放大狀態。
BG3的電路與BG2完全一樣。
C8、D5、D6組成倍壓檢波電路，實際就是整流。作用是把BG3放大輸出的交流信號變為直流電壓，且得到的是雙倍於交流的直流電壓。C8還起到隔直流作用。
BG4是末級放大電路，因為送到BG4的信號已較強，所以沒有偏置電路，BG4在此應該是作開關應用。
信號流程/工作原理：
當R40收到超聲波時，R40將超聲波信號變為電壓信號，此信號電壓加到BG2的基極，BG2將其放大，放大後從集電極輸出，經C7耦合到BG3基極，被BG3放大，放大後從集電極輸出，被
C8、D5、D6組成的倍壓檢波電路變為直流電壓。雙倍於交流信號電壓的直流信號電壓加到BG3的基極，BG3再放大後由P送往後繼電路。
當R40沒有收到超聲波時，R40沒有交流信號輸出，BG2處於靜態，BG3也處於靜態。C8、D5、D6組成的倍壓檢波電路沒有直流電壓輸出，BG4處於無偏置狀態，當然就是處於截止狀態，無信號輸出。
根據此圖原理推測。BG4是以開關方式工作的，當R40檢測到超聲波時，BG4飽和，C－E之間等於短路，當R40沒有檢測到超聲波時，BG4截止，C－E之間等於開路。

B. 超聲波測距的電路設計

三、 超聲波測距系統的電路設計
本系統的特點是利用單片機控制超聲波的發射和對超聲波自發射至接收往返時間的計時，單片機選用8751，經濟易用，且片內有4K的ROM，便於編程。局遲電路原理圖如圖2所示。其中只畫桐盯李出前方測距電路的接線圖，左側和右側測距電路與前方測距電路相同，故省略之。
1、40kHz 脈沖的產生與超聲波發射
測距系統中的超聲波感測器採用UCM40的壓電陶瓷感測器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，這由單片機執行下面程序來產生。
PUZEL： MOV 14H, #12H；超聲波發射持續200ms
HERE： CPL P1.0 ；輸出40kHz方波
NOP ；
NOP ；
NOP ；
DJNZ 14H，HERE；
RET
前方測距電路的輸入端接單片機P1.0埠，單片機執行上面的程序後，在P1.0 埠輸出一個40kHz的脈沖信號，經過三極體T放大，驅動超聲波發射頭UCM40T，發出40kHz的脈沖超聲波，且持續發射200ms。右側和左側測距電路的輸入端分別接P1.1和P1.2埠，工作原理與前方測距電路相同。
2、超聲波的接收與處理
接收頭採用與發射頭配對的UCM40R，將超聲波調制脈沖變為交變電壓信號，經運算放大器IC1A和IC1B兩極放大後加至IC2。IC2是帶有鎖定環的音頻解碼集成塊LM567，內部的壓控振盪器的中心頻率f0=1/1.1R8C3，電容C4決定其鎖定帶寬。調節R8在發射的載頻上，則LM567輸入信號大於25mV，輸出端8腳由高電平躍變為低電平，作為中斷請求信號，送至單片機處理。
前方測距電路的輸出端接單片機INT0埠，中則茄斷優先順序最高，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機INT1埠，同時單片機P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優先順序為先右後左。部分源程序如下：
RECEIVE1：PUSH PSW
PUSH ACC
CLR EX1 ；關外部中斷1
JNB P1.1, RIGHT ；P1.1引腳為0,轉至右測距電路中斷服務程序
JNB P1.2, LEFT ；P1.2引腳為0,轉至左測距電路中斷服務程序
RETURN：SETB EX1；開外部中斷1

C. 超聲波測距儀電路圖及各部分的原理

超聲波在塑料加工中的應用原理:塑料加工中所用的超聲波,現有的幾種工作頻率有15KHZ,18KHZ,20KHZ,40KHZ.其原理是...2,超聲波焊機的組成部分和原理超聲波焊接機主要由如下幾個部分組成:發生器,氣動部分,程序控制部分,換能器部分等.

超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發射後遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射和接收回波的時間差t,然後求出距S=Ct/2，式中的C為超聲波波速。由於超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關，表1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定後，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。其系統框圖如圖1所示。

D. 求基於AT89C52超聲波測距簡易設計的源程序，要求用3個LED管顯示其測距，精確到小數點後2位如，X.XX米。

目前國內超聲波測距器的設計大多採用匯編語言設計。由於單片機應用系統的日趨復雜，要求所寫
的代碼規范化，模塊化，並便於多人以軟體工程的形式進行協同開發，匯編語言作為傳統的單片機應用系
統的編程語言，已經不能滿足這樣的實際需要了，而C語言以其結構化和能產生高效代碼滿足了這樣的需
求，成為電子工程師進行單片機系統編程時的首先編程語言。在本設計中，由於C語言程序有利於實現較
復雜的演算法，匯編語言程序具有較高的效率並且容易精確計算程序運行的時間，而超聲波測距器的程序既
有較復雜的距離計算又要求精確計算超聲波測距時程序運行的時間，所以本設計採用C語言和匯編語言
混合編程來實現。本文論述的是一種基於AT89C52單片機的超聲波測距器，可用於汽車倒車等場合⋯。
1設計要求
設計一個超聲波測距器，可以應用於汽車倒車、建築施工工地以及一些工業現場的位置監控，也可用
於如液位、井深、管道長度的測量等場合。要求測量范圍在0．10—5．00 m，測量精度lem，測量時與被測物
體無直接接觸，能夠清晰穩定地顯示測量結果。
2設計思路
2．1超聲波及其測距原理
超聲波是指頻率高於20KHz的機械波。為了以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。
完成這種功能的裝置就是超聲波感測器，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波感測器有發送
器和接收器，但一個超聲波感測器也可具有發送和接收聲波的雙重作用。超聲波感測器是利用壓電效應
的原理將電能和超聲波相互轉化，即在發射超聲波的時候，將電能轉換為超聲波，發射超聲波；而在收到回
波的時候，則將超聲振動轉換成電信號。
超聲波測距的原理一般採用渡越時間法TOt(time of fliight)。首先測出超聲波從發射到遇到障礙物返
回所經歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。測量距離的方法有很多
種，短距離的可以用尺，遠距離的有激光測距等，超聲波測距適用於高精度的中長距離測量。因為超聲波
收稿日期：2008-04-08
作者簡介：周功明(1963一)，男，副教授，主要研究方向：電子信息科學技術。
·50· 綿陽師范學院學報(自然科學版) 第27卷
在標准空氣中的傳播速度為331．45粑秒，由單片機負責計時，單片機使用12．0M晶振，所以此系統的測
量精度理論上可以達到毫米級。由於超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播距離遠，因而超聲波
可以用於距離的測量。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，並且在測量精度方面也
能達到要求。
超聲波發生器可以分為兩類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。本課題
屬於近距離測量，可以採用常用的壓電式超聲波換能器來實現【7】。
2．2超聲波測距器的系統框圖
根據設計要求並綜合各方面因素，可以採用AT89C52單片機作為主控制器，用動態掃描法實現LED
數字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器完成，超聲波測距器的系統框圖如下圖l所示¨2|：
3系統組成
3．1硬體部分
主要由單片機系統及顯示電路、超聲波發射電路
和超聲波檢測接收電路三部分組成。採用AT89C52來
實現對CX20106A紅外接收晶元和TCT40—10系列超
聲波轉換模塊的控制。單片機通過P1．0引腳經反相
＼
超聲波接收E ：， LED顯示單片機r
／＼
Z ∑
超聲波發送高控制器
：> 掃描驅動
圖1 超聲波測距器系統設計框圖
Fig．1 Ultrasonic eLangi．g system design diagram
器來控制超聲波的發送，然後單片機不停的檢測INT0引腳，當INTO引腳的電平由高電平變為低電平時就
認為超聲波已經返回。計數器所計的數據就是超聲波所經歷的時間，通過換算就可以得到感測器與障礙
物之間的距離¨≈J。
3．2軟體部分
主要由主程序、超聲波發生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序等部分。
4系統硬體電路設計
4．1單片機系統及顯示電路
單片機採用AT89C52或其兼容系列。採用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩定的時鍾頻率，減小測
量誤差。單片機用P1．0埠輸出超聲波轉化器所需的40KHz方波信號，利用外中斷0口檢測超聲波接收
電路輸出的返回信號。顯示電路採用簡單實用的4位共陽LED數碼管，段碼用74LS244驅動，位碼用PNP
三極體驅動。單片機系統及顯示電路如下圖2所示『1。31。
圖2單片機及顯示電路原理圖
Fig．2 MCU and display circuit schematics
第8期周功明等：基於AT89C52單片機的超聲波測距器設計·51．
4．2超聲波發射電路原理圖
壓電超聲波轉換器的功能：利用壓電晶體諧振工作。內部結構如圖3『3Ⅲ1所示，它有兩個壓電晶片和
一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻
率等於壓電晶片的固有振盪頻率時，壓電晶片PI．O
將會發生共振，並帶動共振板振動產生超聲波，
這時它就是一超聲波發生器；如沒加電壓，當共
振板接收到超聲波時，將壓迫壓電振盪器作振
動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲
波接收轉換器。超聲波發射轉換器與接收轉換
器其結構稍有不同。
4．3超聲波檢測接收電路圖3發射電路原理圖
參考紅外轉化接收電路，本設計採用集成
F『g·3 U1『ms。nie劬啪mi『婦c『咖1『∞hem蚯c
電路CX20106A，這是一款紅外線檢波接收的專用晶元，常用於電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控
常用的載波頻率38KHz與測距超聲波頻率
40KHz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測
電路。如圖4【3 J[71超聲波檢測接收電路原理圖
所示，適當改變C4的大小，可改變接收電路的
靈敏度和抗干擾能力。⋯． J。j-二
5系統程序設計
超聲波測距軟體設計主要由主程序，超聲
波發射子程序，超聲波接收中斷程序及顯示子
程序組成。下面對超聲波測距器的演算法，主程
序，超聲波發射子程序和超聲波接收中斷程序
逐一介紹。
5．1超聲波測距器的演算法設計
GND
圖4超聲波檢測接收電路原理圖
Fig．4 Ultrasonic receiver and detection circuit schematic
圖5【_列示意了超聲波測距的原理，即超聲
波發生器T在某一時刻發出的一個超聲波信號，當超聲波遇到被測物
體後反射回來，就被超聲波接收器R所接受。這樣只要計算出發生信
號到接收返回信號所用的時問，就可算出超聲波發生器與反射物體的
距離。
距離計算公式：d=s／2=(c木t)／2，其中d為被測物與測距器的距
離，s為聲波的來迴路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時間。
圖5超聲波測距原理圖
Fig．5 Ultrasonic Ranging schematic
聲速c與溫度有關(見表1)，如溫度變化不大，則可認為聲速是基
本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定後，只要測得超聲波往
返時間，即可求得距離。在系統加入溫度感測器來監測環境溫度，可進行溫度補償。這里可以用DSl8820
測量環境溫度，根據不同的環境溫度確定一聲速提高測距的穩定性。為了增強系統的可靠性，可在軟硬體
上採用抗干擾措施。
表1不同溫度下的超聲波速表
Table I Under different temperatures ultrasonic velocity Table
·52· 綿陽師范學院學報(自然科學版) 第27卷
5．2主程序
主程序首先對系統環境初始化，設置定時器1D工作模式為16位的定時計數器模式，置位總中斷允許
位EA並給顯示端Po和P2清0。然後調用超聲波發生子程序送出一個超聲波脈沖，為避免超聲波從發射
器直接傳送到接收器引起的直接波觸發，需延遲0．1ms(這也就是測距器會有一個最小可測距離的原因)
後，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由於採用12MHz的晶振，機器周期為lus，當主程序檢測到接
收成功的標志位後，將計數器喲中的數(即超聲波來回所用的時
間)按下式計算即可測得被測物體與測距儀之間的距離，設計時取
20℃時的聲速為344 m／s則有：d=(C木TO)／2=172T0／10000cm
(其中，ID為計數器，ID的計數值)。
測出距離後結果將以十進制BCD碼方式LED，然後再發超聲
波脈沖重復測量過程。主程序框圖如圖6所示。
5．3超聲波發生子程序和超聲波接收中斷程序
超聲波發生子程序的作用是通過PI．0埠發送2個左右的
超聲波信號頻率約40KHz的方波，脈沖寬度為12 US左右，同時把
計數器，ID打開進行計時。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢
測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號(INT0引腳出現
低電平)，立即進入中斷程序。進入該中斷後就立即關閉計時器
，ID停止計時，並將測距成功標志字賦值l。如果當計時器溢出時
還未檢測到超聲波返回信號，則定時器rID溢出中斷將外中斷0關
閉，並將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功H旬J。
5．4超聲波測距器的部分程序清單
／宰超聲波測距器彈片機c程序使用Keil C51 ver 7．09
。
木／
#include<re951．h>
#define uchar unsigned int
#define uint unsigned int
#define ulong unsigned long
Extem void ca_t(void)；
Extem void delay(uint)；
Extem void display(unchar)；
Data unehar testtok；
／木超聲波測距器主程序術／
Void main(void)
{data unchar dispram[5]；
data uint i；
data ulong time；
p0=0xff；
pl=0xff；
TMOD=0X11：
IE=0x80；
While(1)
{．「}
開始
系統初始化
發送超聲波脈沖
等待發射超聲波
計算距離
顯示結果0．5s
圖6主程序框圖
diagram of the main program
第8期周功明等：基於AT89C52單片機的超聲波測距器設計·53·
6軟硬體調試
超聲波測距儀的製作和調試，其中超聲波發射和接收採用中15的超聲波換能器TCT40一IOFl(T發
射)和TCT40—10S1(R接收)，中心頻率為40kHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行並相距4—8 cm，
其餘元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據測量范圍
要求不同，可適當調整與接收換能器並接的濾波電容C4的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。
硬體電路製作完成並調試好後，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據實際情況可以修改超
聲波發生子程序每次發送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應不同距離的測量需要∞】【71。
7 結束語
本文設計的是基於AT89C52單片機的超聲波測距器，可應用於汽車倒車等場合，提醒駕駛員倒車時有
效的避開可能對倒車造成危害的障礙物和行人，從而有效避免由於倒車造成的汽車碰撞或擦傷經濟損失
和人身安全問題。具有較強的實用性。
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E. 超聲波測距感測器 CSB-A1

超聲波測距感測器CSB-A1介紹

超聲波測距感測器CSB-A1能夠通過超聲波的方式探測感測器與前方物體的距離，具有性能穩定、探測距離精確等特點。

一、技術參數

• 感應角度：≤15°
• 探測距離：2~450cm
• 精度：±0.3cm
• 典型工作電壓：DC5V
• 靜態電流：< 5mA
• 電平輸出：高5V，底0V

二、引腳說明

• VCC：電源正極介面，可外接3.3~5V供電電源。
• TRIG：觸發測距控制引腳。
• ECHO：信號接收引腳。
• GND：電源負極介面，可外接電源負極或地線（GND）。

三、使用說明

1. 接線說明

• 用杜邦線把模塊的VCC和GND分別與單片機的3V3和GND連接。
• 把TRIG和ECHO分別連接單片機的兩個不同GPIO。

注意：

• 需要先接好線後再通電，避免產生高電平的誤動作。如果產生了，重新通電方可解決。
• 如確實需要帶電接線，那麼必須先連接GND，否則會影響模塊工作。

接線示例（以CC2530開發板為例）：

• 感測器主板的VCC引腳與CC2530開發板的任意3V3引腳連接。
• 感測器主板的GND引腳與CC2530開發板的任意GND引腳連接。
• 感測器主板的TRIG引腳與CC2530開發板的P0_0引腳連接。
• 注意：此處原文有誤，應為「感測器主板的ECHO引腳與CC2530開發板的P0_1引腳連接」。

五、參考代碼

本模塊提供了測距程序C51、PIC18F877、義龍單片機等三種MCU的測試參考代碼，用戶可以根據自己的需求選擇合適的代碼進行開發。具體代碼鏈接如下：

https://gitee.com/study-j/SCB-A1

請注意，由於不同MCU的編程方式和介面可能有所不同，因此在使用參考代碼時，用戶需要根據自己的MCU型號和介面進行相應的修改和調整。

綜上所述，超聲波測距感測器CSB-A1具有廣泛的應用前景和市場需求。通過合理的接線、觸發測距、發射超聲波、輸出時間間隔以及距離計算等步驟，用戶可以輕松實現精確的測距功能。同時，通過調節最大探測距離和注意使用事項等細節問題，可以進一步提高感測器的性能和穩定性。