基于AT89C2051的超声波测距系统

3 硬件电路设计

3.1超声波发射单元

超声波发射单元包括振荡电路和驱动电路。振荡电路是由反相器CD4069组成的非对称式多谐振荡器，它产生40 kHz的方波脉冲电路如图3所示。

图3 振荡电路

电路中G2输出的电压由于 ,的调节，可以改变输入到G1输入端的相位。当相位达到同相时，G1和G2实现正反馈，G1和G2就成了稳定的振荡器。振荡周期公式为T=2.2×Rf×C.因为CD4069为CMOS结构，所以逻辑门前的电阻RP为G1的保护电阻。当RP足够大时，G1的输入电流可忽略不计。

由于超声波换能器中心频率都有偏差，所以Pf采用电位计，可以调节到最佳谐振点，这也是不用单片机产生方波的原因。电路中Z1,Z2同时得到相位相反的2路控制脉冲，提供给驱动电路。

驱动控制电路如图4所示。它采用了L293型直流电机PWM调速芯片，它内部的H桥电路可以产生相位相反的两路脉冲。驱动电路的直流电源电压可以改变，以适应不同传感器对电压的要求。振荡电路中产生方波的Z1、Z2端，分别接到驱动电路1N1,IN2端。控制输出电路中EN端为输出使能端，它接到单片机的P1.7端口，该端口精确输出高电平时问来控制发射方波的个数。这在设计上使得控制和方波产生相对独立，从而使得电路简单、控制精确、易于调试。

图4 驱动电路。

3.2 超声波接收单元

超声波接收单元中包括：模拟放大、滤波电路、电平转换电路，如图5所示。模拟放大器选用高精度仪用放大器LM318作为信号放大与滤波之用，它的单位增益带宽为15 MHz,超出音频范围能够满足40 kHz的要求。在放大电路的负反馈回路中接入电容C1构成低通滤波器。电容的选择可由公式。f=1/2πRfC求出，式中f0为采用的超声波频率，Rf为第一级的反馈电阻。因为多谐振荡器中有高频分量噪声，所以通过低通滤波器将高频噪声滤掉。经过2极放大后，通过电容耦合，信号与参考电压比较产生高低电平，提供给单片机产生中断。参考电压设定为1 V左右，以提高灵敏度。第2个比较器仅起反相作用 .

图5 接收电路