基于单片机的测距系统

### 基于单片机的测距系统 #### 超声波测距系统概述 超声波因其良好的指向性、较长的传播距离以及对外界环境因素（如光照、电磁干扰等）的低敏感性，在多种应用领域中被广泛采用进行距离检测。这些领域包括但不限于交通安全监控、油液位检测、深井探测以及车辆防撞系统等。超声波在空气中的传播速度约为340米/秒，但需注意的是这一速度会随介质温度的变化而有所增减，大约每升高1摄氏度，速度增加0.6米/秒。因此，在进行精确测量时，必须考虑温度补偿，以减少测量误差。 #### 超声波换能器与测距原理 超声波换能器通常采用压电式原理工作，主要由两个压电晶片和一个共振板组成。当两端施加特定频率（例如40kHz）的脉冲信号时，若该频率等于压电晶片的固有振动频率，则压电晶片会产生共振，并通过共振板向外发射超声波。相反，当没有外部电压施加时，若共振板接收到超声波，则会迫使压电晶片振动，并将机械能转换为电信号，此时换能器充当接收器的角色。 #### 电路设计 ##### 40kHz信号产生电路 为了确保超声波的良好性能，本设计选择40kHz作为工作频率。信号产生电路并未采用常见的单片机编程方式，而是采用了晶体管自激多谐振荡电路。通过调节电路中的Rx电阻，可以对输出信号的频率进行微调。 ##### 超声波发送电路 产生的40kHz信号经过CD4049反相缓冲器后分为两路：一路直接输出，另一路经过双重反相缓冲后输出。这两路信号共同驱动超声波发射探头发射40kHz的超声波。 ##### 超声波接收电路 接收电路主要包括两级放大（A1和A2）以及比较器（A3）。接收信号经过放大后，通过比较器将模拟信号转换为数字信号。当回波信号电压超过预设阈值时，输出高电平；反之则输出低电平。 #### 系统搭建 整个系统以单片机为核心构建。单片机通过控制继电器来开关信号发生电路的电源，并通过接收电路的输出信号产生中断。具体来说，当系统启动时，信号发生电路的电源被接通，同时单片机开始计时；当收到中断信号后，停止计时，并进行相应的数据处理，最终通过LED显示测量结果。对于需要更高精度的应用场景，可以在系统中加入温度补偿电路，进一步提高测量精度。 基于单片机的超声波测距系统是一种有效且实用的距离检测解决方案。通过对信号产生、发送和接收电路的精心设计，结合单片机强大的控制能力，可以实现高精度、高可靠性的距离测量。此外，通过引入温度补偿等技术手段，还能进一步提升系统的整体性能。