超声波测距(超声波测距离传感器)

超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等到优点，经常用于测量距离。本文设计的倒车雷达系统就是利用超声波的上述特性做到对倒车距离实时和高精度的检测，同时，此系统成本低、设计简单、精度和稳定性好，有望得到广泛的应用，从而减少交通事故的发生。

超声波测距原理是利用超声波从发射到接收过程中传播的时间来计算出传播距离。超声波是机械波，跟频率没有关系，只与传播介质有关。其实严格来说，超声波的传播是非线性的，不过只要声波能量不是很大，都可以认为是线性的，也就是声速是恒定的。25℃环境下，20KHZ~50MHZ的超声波空气传播速度都是340m/S。本文的倒车雷达系统采用反射接收回波方式。设S为测量距离，T为往返时间差，超声波的传播速度为V，则有

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超声波发射器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，超声波探头选用CSB40T。可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。本系统利用单片机软件产生40kHz的超声波信号，经过CD4069两次和一次反向放大驱动后输出到CSB40T，如图1所示。

图1超声波发射电路

CD4069由六个COS/MOS反相器电路组成。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。其内部结构如图2所示。

图2 CD4069内部结构

由于超声波在空气中传播，其能量会随传输距离的增大而减小，从远距离障碍物反射的回波信号一般比较弱，所以在设计超声波接收电路时，要有较大的放大倍数；为减小环境噪声对回波信号的影响，也要考虑选用滤波特性较好的电路，使回波易于检测。超声波接收电路使用集成电路CX20106A，可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，如图3所示。

图3 CX20106内部结构

其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声传感器接收较远反射信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载；其带通滤波器中心频率可由芯片5脚的外接电阻调节，不需要外接电感，可避免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。CX20106A接收超声波有很高的灵敏度和抗干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的相互干扰，减小电噪声。当接收到40kHz信号后，芯片7脚会出现较短的低电平，接入单片机便可以使单片机产生中断。

图4 超声波接收电路