超声波测距系统设计

　　接收部分的电路由放大电路，带通滤波电路以及信号变换电路组成。放大电路和带通滤波电路如图4所示。由于超声波信号在空气中传播时受到很大程度的衰减，所以反射回的超声波信号非常的微弱，不能直接送到后级电路进行处理，必须将信号放大到足够的幅度，才能使后级电路对它进行正确的处理。前置放大电路是由集成运放组成的自举式同相交流放大电路，具有很高的输入阻抗，C5，C6，C7为隔直电容，R5，R6，R7为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。带通滤波器采用二阶RC有源滤波器，用于消除超声波传播过程中受到的干扰信号的影响。该电路为二阶压控电压源带通滤波电路，图中RW，C10组成低通滤波网络，C9和R12组成高通滤波网络，两者串联组成了带通滤波电路。集成运放和电阻R9，RlO一起组成同相比例放大器，为了使电路能够稳定工作，必须保证同相比例放大器的增益AV3，带通滤波器的中心频率ω0=40kHz，电路参数可通过AV=1+R9／R10和ω0=1／R12C2(1／RW+1／R13)确定。经过带通滤波后的信号经专用仪表放大器AD620进行放大，然后送到信号变换电路，信号变换电路主要将接收到的包络信号变换成单片机的中断触发信号。由包络检波电路，电压比较器和RS触发器组成。包络检波电路由二极管D3，电阻R19，和电容C13组成。经过包络检波得到的信号如图6中的V2所示。电压比较器由集成运放和电容电阻组成，为了消除发送探头的干扰信号，我们将单片机P1．2输出的信号加到电压比较器的同相端，它的波形是250μs的高电平，和29750μs低电平的方波，通过二极管D3将P1.2和比较器的正向端隔离。当P1．2输出高电平时，通过二极管对电容C14充电，由于二极管是正向导通的，所以充电很快，当P1．2输出为低电平时，二极管反向截止，电容通过电阻RW和R21放电，由于总电阻比较大，所以放电很缓慢，波形如图6中V3所示，从图中可看出，在没有收到返回信号时，比较器输出高电平，如果收到返回信号，比较器便输出低电平，输出波形如图6中Vo所示，通过这种方法就可以消除发射探头对反射回的信号的干扰。

　　电压比较器的输出信号送到基本RS触发器用于产生单片机所需的中断信号。基本RS触发器由与非门组成，同时由单片机进行控制，如图6所示。在发送端发送超声波信号时，P1．2输出高电平，经过反相器后，变为低电平加到触发器的R端，因为没收到反射信号之前，电压比较器输出为高电平，所以基本RS触发器的输入分别为，R=O，S=l，为0态，即Q=0，Q=1，Q的信号加到单片机的中断输入端，因为单片机的中断为下降沿触发，输入为高电平，不产生中断。当发送完毕时，P1．2输出低电平，经反相器，变为高电平送到触发器的R端，没有收到反射回的信号时，电压比较器输出仍为高电平，所以基本RS触发器的 R=1，S=1，为保持状态，即Q=1，Q=0，也不产生中断。当接收到反射回的信号时，电压比较器输出低电平，因此，基本RS触发器的输入端 R=1，S=0，触发器工作在0态，即Q=O，Q=1。单片机的中断输入端的电平由高电平变为低电平，从而使单片机产生中断。