超聲波測距(超聲波測距離傳感器)

超聲波是一種在彈性介質中的機械震蕩，由于其指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠等到優點，經常用于測量距離。本文設計的倒車雷達系統就是利用超聲波的上述特性做到對倒車距離實時和高精度的檢測，同時，此系統成本低、設計簡單、精度和穩定性好，有望得到廣泛的應用，從而減少交通事故的發生。

超聲波測距原理是利用超聲波從發射到接收過程中傳播的時間來計算出傳播距離。超聲波是機械波，跟頻率沒有關系，只與傳播介質有關。其實嚴格來說，超聲波的傳播是非線性的，不過只要聲波能量不是很大，都可以認為是線性的，也就是聲速是恒定的。25℃環境下，20KHZ~50MHZ的超聲波空氣傳播速度都是340m/S。本文的倒車雷達系統采用反射接收回波方式。設S為測量距離，T為往返時間差，超聲波的傳播速度為V，則有

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超聲波發射器包括超聲波產生電路和超聲波發射控制電路兩部分，超聲波探頭選用CSB40T。可采用軟件發生法和硬件方法產生超聲波。本系統利用單片機軟件產生40kHz的超聲波信號，經過CD4069兩次和一次反向放大驅動后輸出到CSB40T，如圖1所示。

圖1超聲波發射電路

CD4069由六個COS/MOS反相器電路組成。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驅動和邏輯電平轉換的電路中。其內部結構如圖2所示。

圖2 CD4069內部結構

由于超聲波在空氣中傳播，其能量會隨傳輸距離的增大而減小，從遠距離障礙物反射的回波信號一般比較弱，所以在設計超聲波接收電路時，要有較大的放大倍數；為減小環境噪聲對回波信號的影響，也要考慮選用濾波特性較好的電路，使回波易于檢測。超聲波接收電路使用集成電路CX20106A，可用來完成信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形等功能，如圖3所示。

圖3 CX20106內部結構

其中的前置放大器具有自動增益控制功能，可以保證在超聲傳感器接收較遠反射信號輸出微弱電壓時，放大器有較高的增益，在近距離輸入信號強時放大器不會過載；其帶通濾波器中心頻率可由芯片5腳的外接電阻調節，不需要外接電感，可避免外磁場對電路的干擾，可靠性較高。CX20106A接收超聲波有很高的靈敏度和抗干擾能力，可以滿足接收電路的要求。同時，使用集成電路也可以減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲。當接收到40kHz信號后，芯片7腳會出現較短的低電平，接入單片機便可以使單片機產生中斷。

圖4 超聲波接收電路