原创 【博客大赛】超声波测距--设计分析

前言，由于项目上要用到超声波测距，虽然淘宝上也有成品出售，价格也就是7块多，但是老大说要自己动手做出来才是实实在在的财富，东搬西凑的不太好。毕竟是在学习阶段。我深以为然。

一、检测方法大致有三种：相位检测法，幅值检测法和渡越时间检测法。相位检测精度高，但检测范围有限；幅值检测容易受到发射波的影响，误差较大；最直接有效的是渡越时间检测法。即计算从发射时刻到接收时刻之间的时间T,与声速相乘，取其一半即是障碍物与检测器的距离。

二、电路设计

1、超声波发射电路

      （1）发射信号产生：

驱动超声波传感器发射超声波的是正负交替的40kHz的方波，所以方波的产生有两种途径，一种是直接单片机利用定时器产生，一种是利用555施密特振荡器来产生；这里我首先考虑用单片机，如果后续单片机的定时器不够用时就改为施密特振荡器来做。

（2）信号驱动电路

    为了提高超声波的发射强度，检测更远的距离，所以需要增加信号驱动电路；大致方案有三种，第一种是最简单的三极管放大电路，与之搭配的通常是反相器和变压器，反相器不仅用来反相，而且也可增大驱动电流；变压器用来变换电压，具体型号不得而知，应该变压到5V即可。参考电路如图一

第二种方案就是用推挽的形式利用多个反相器多级递增来完成放大的任务，这种比较常用。 参考电路如下：

第三种方案就是利用MAX232(或ST202，型号不一样而已)里的电压汞把信号放大，由于MAX232的单个通道的驱动能力有限，所以一般是把两个发送通道都用上；如此，输出大约会有P-P值20V左右的电压。参考电路图如下：

此外，为了实现对超声波测距的控制（何时测量），可以通过控制发射电路的开闭，如上图通过一个PNP二极管控制电源电压即可。

2、超声波接收电路

接收电路分为集成与分立两种方案，集成方案是芯片Cx20106A，用来完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能，价格也便宜。不过它本身来用来检测38k的红外信号的，所以用在40kHz的超声波上，难免会产生误差的。参考电路如下：

分立方案则是主要由放大电路、滤波电路和波形整形电路组成，选择性加上限幅峰值检波电路。

放大电路如下，由于接收回来的信号幅值约十几到几十毫伏，所以只需要放大200~500倍即可。注意如果是单电源给运放供电，要在运放输入端给电源电压的一半作为偏置电压，以确保信号不失真地放大。

由两个肖特基二极管和电容组成的倍压检波电路，取出发射回来的检测脉冲信号，送给后面电路处理，参考电路如下：

最后比较重要的是信号比较器，当所检测到的脉冲信号高于参考电压时，输出低电平，反之输出高电平。如此可以接单片机的外部中断引脚，作为停止计数的中断信号。参考电压在这里，暂设为2.5V 。

3、测温修正误差电路

由于超声波的传播速度是受到周遭环境如空气湿度、温度、压强等因素影响的， 其中影响比较大的是温度，所以如果想得到比较高的测量精度，则可加入测量温度的电路，通过所测得的温度来选择声波传播速度v。

其关系为v＝331.5+0.6×t,其中v的单位为m/s,t为环境温度，单位为℃。