声速/( m•s) 313 319 325 332 338 344 350 356 361 367 388

2。3 系统结构设计

超声波测距系统如图 2-3 所示，由数码管、蜂鸣器报警模块、单片机、超声波传感器 以及温度传感器这五部分组成。单片机作为控制系统中的核心部分，对整个系统起到关键 的作用，本次设计采用 AT89C52 单片机；超声波传感器在测距系统中主要起发射以及接收 超声波信号的作用，本次设计采用 HC-SR04 型号传感器；温度传感器起到辅助作用，采集 外部环境温度，以便提高测量精准度，本次设计采用 DS18B20 温度传感器；蜂鸣器和数码 管分别有报警以及显示距离的作用，在实际应用中是不可或缺的一部分。

图 2-3 超声波测距系统结构框图

3 硬件电路设计

3。1 超声波发射电路

如图 3-1 所示，超声波发射电路主要由换能器（图中 T40）以及反相器组成来自优I尔Y论S文C网WWw.YoueRw.com 加QQ7520~18766 ，是发生 电路的主体部分，起着尤为重要的作用。如图所示，方波信号（40kHz）经输出端口 P1。0 分为两路，一路中方波信号通过两级反向器后到达换能器中的电极处，一路方波信号通过 一级反向器到达换能器另一个电极处，通过这种方式，可以大大提高超声波在测距过程中 的强度。在该发射电路中，采用 R1,R2 两个电阻，既可以提高转换器的阻尼效果，从而减 短振荡时间，同时能够增加反向器的驱动功能。在实际应用中并联两个反向器以提高驱动功能。

图 3-1 超声波发射电路原理图

3。2 超声波接收电路

超声波接收电路如图 3-2 所示，其主体部分主要由锁相环电路、两级放大电路以及超 声波传感器等构成。在接收电路中采用两级放大电路以增强接收信号。一般情况下超声波 频率为 40kHz，由于锁相环电路接收到同一频率的超声波信号时会反馈至单片机，导致测 距中断，故采用相关措施以保证锁相环的中心频率同为 40kHz，保证两者响应声波频率为 40kHz 的信号。论文网

超声波传感器接收到回传信号后，通过两级放大器的增强，使其信号强度增大，增强 后的超声波信号经过锁相环检测，若检测出为 40kHz 的频率，单片机即收到中断信号，定 时器工作停止。

图 3-2 超声波接收电路图

3。3 传感器模块电路

传感器模块主要由超声波发射器、接收器以及控制电路构成，其具有诸多优点，比如 操作简便、高精度、测量距离大等[8]。如图 3-3 所示，本次设计传感器模块电路采用型号 IO 口的触发式测距系统。可同时 发射 8 个频率为 40KHz 的方波来检测信号回传。由于测距与回传信号的脉冲宽度成正比， 故测得发送及接收之间的时间差即可求得测距。为避免回响信号受到发射信号的干扰，测 量周期应至少保持在 60ms。对 IO 口 ECHO 施加一个高电平，超声波发射到返回的时间差就 是高电平持续时间。