1．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1．1 超聲波發(fā)射電路
    超聲波傳感器利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化。其發(fā)射電路原理圖如圖1所示。該發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器構(gòu)成。單片機(jī)的P2．1端口輸出的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，可以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R1、R2一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力；另一方面，還可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。
1．1．2 超聲波接收電路
    集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的38 kHz載波頻率與測距的40 kHz超聲波頻率較為接近，設(shè)計(jì)時(shí)可以利用它制作超聲波檢測接收電路，圖2所示就是本文的超聲波接收電路。實(shí)驗(yàn)證明，利用CX20106A接收超聲波，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。另外，適當(dāng)更改電容C4的大小，還可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。
1．2 超聲波測距的軟件設(shè)計(jì)
    超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)57 603 Hz的超聲波信號(hào)后，將立即啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器和外部中斷。當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收。此時(shí)，CX20106A會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖觸動(dòng)外部中斷，同時(shí)讀出并保存計(jì)時(shí)器寄存器的值，關(guān)閉外部中斷，同時(shí)測量溫度，計(jì)算超聲波速度、測量距離。如果測量距離大于23 cm或是沒有接收到回波，就再發(fā)送40 kHz的超聲波驅(qū)動(dòng)脈沖，重新測量。
    然后再根據(jù)前面所述原理計(jì)算距離，計(jì)算公式為：
    S=T(s×100)／2-0．75           (1)
    式中，S為所測距離，單位為cm；T為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間差，單位為s；s為超聲波速度，單位為m／s，由于發(fā)射超聲波與接收超聲波期間，超聲波傳播的距離為測量距離的兩倍，所以要除以2；后面的0．75為實(shí)驗(yàn)得出的補(bǔ)償值。其補(bǔ)償公式如下：
    s=331．4+0．61temp          (2)
    式中，temp為環(huán)境溫度；s為超聲波傳播速度，單位為m／s。


2 系統(tǒng)測試
    筆者通過實(shí)驗(yàn)對(duì)該超聲波測距系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
3 結(jié)語
    本文對(duì)低成本、高精度超聲波測距儀進(jìn)行了全面的介紹，給出了超聲波測距的軟硬件設(shè)計(jì)方法。采用AT89S52單片機(jī)作為核心處理單元來降低整體儀器的體積和成本。本設(shè)計(jì)使用74LS04并以推挽形式驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭，同時(shí)選用CX20106A對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、檢波并輸出負(fù)脈沖，完成超聲波測距儀自動(dòng)控制，由超聲波驅(qū)動(dòng)頻率檢測距離。最后在單片機(jī)的控制下，將測量距離和環(huán)境溫度通過液晶屏顯示出來。