基于AT89C2051的超聲波測距系統(tǒng)

3 硬件電路設(shè)計

3.1 超聲波發(fā)射單元

超聲波發(fā)射單元包括振蕩電路和驅(qū)動電路。振蕩電路是由反相器CD4069組成的非對稱式多諧振蕩器，它產(chǎn)生40 kHz的方波脈沖電路如圖3所示。

圖3 振蕩電路

電路中G2輸出的電壓由于 ,的調(diào)節(jié)，可以改變輸入到G1輸入端的相位。當(dāng)相位達到同相時，G1和G2實現(xiàn)正反饋，G1和G2就成了穩(wěn)定的振蕩器。振蕩周期公式為T=2.2×Rf×C.因為CD4069為CMOS結(jié)構(gòu)，所以邏輯門前的電阻RP為G1的保護電阻。當(dāng)RP足夠大時，G1的輸入電流可忽略不計。

由于超聲波換能器中心頻率都有偏差，所以Pf采用電位計，可以調(diào)節(jié)到最佳諧振點，這也是不用單片機產(chǎn)生方波的原因。電路中Z1,Z2同時得到相位相反的2路控制脈沖，提供給驅(qū)動電路。

驅(qū)動控制電路如圖4所示。它采用了L293型直流電機PWM調(diào)速芯片，它內(nèi)部的H橋電路可以產(chǎn)生相位相反的兩路脈沖。驅(qū)動電路的直流電源電壓可以改變，以適應(yīng)不同傳感器對電壓的要求。振蕩電路中產(chǎn)生方波的Z1、Z2端，分別接到驅(qū)動電路1N1,IN2端?？刂戚敵鲭娐分蠩N端為輸出使能端，它接到單片機的P1.7端口，該端口精確輸出高電平時問來控制發(fā)射方波的個數(shù)。這在設(shè)計上使得控制和方波產(chǎn)生相對獨立，從而使得電路簡單、控制精確、易于調(diào)試。

圖4 驅(qū)動電路。

3.2 超聲波接收單元

超聲波接收單元中包括：模擬放大、濾波電路、電平轉(zhuǎn)換電路，如圖5所示。模擬放大器選用高精度儀用放大器LM318作為信號放大與濾波之用，它的單位增益帶寬為15 MHz,超出音頻范圍能夠滿足40 kHz的要求。在放大電路的負(fù)反饋回路中接入電容C1構(gòu)成低通濾波器。電容的選擇可由公式。f=1/2πRfC求出，式中f0為采用的超聲波頻率，Rf為第一級的反饋電阻。因為多諧振蕩器中有高頻分量噪聲，所以通過低通濾波器將高頻噪聲濾掉。經(jīng)過2極放大后，通過電容耦合，信號與參考電壓比較產(chǎn)生高低電平，提供給單片機產(chǎn)生中斷。參考電壓設(shè)定為1 V左右，以提高靈敏度。第2個比較器僅起反相作用 .

圖5 接收電路