專利名稱：一種基于單片機(jī)的超聲測距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超聲測距系統(tǒng)，尤其涉及在室內(nèi)范圍的基于單片機(jī)的超聲測距裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，新技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中不斷的發(fā)展投入，我國工業(yè)也在迅速發(fā)展擴(kuò)大。設(shè)計(jì)和工藝人員理應(yīng)了解:非均一的組織結(jié)構(gòu)，隨機(jī)出現(xiàn)的微觀，宏觀缺陷，常?？梢杂袝r(shí)甚至是只能依靠超聲測距系統(tǒng)的運(yùn)用方可予以發(fā)現(xiàn)，評價(jià)。當(dāng)然，這與數(shù)十年來多方的重視和廣大從業(yè)人員的艱辛努力，使超聲測距系統(tǒng)技術(shù)在這方面已具有一定的能力有關(guān)?，F(xiàn)在，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，無損檢測在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，研制，使用部門已被卓有成效的運(yùn)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種成本低，測量精度高，便于操作的基于單片機(jī)的超聲測距裝置。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種基于單片機(jī)的超聲測距裝置，包括單片機(jī)、發(fā)射單元，接收及放大單元，顯示單元、顯示驅(qū)動(dòng)器和穩(wěn)壓電源，其中，單片機(jī)分別連接發(fā)射單元、接收及放大單元、顯示單元和顯示驅(qū)動(dòng)器，單片機(jī)、顯示單元和顯示驅(qū)動(dòng)器由穩(wěn)壓電源分別供電。本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)是:所述的單片機(jī)選擇MC68HC908GP32單片機(jī)。所述的發(fā)射單元外接有驅(qū)動(dòng)芯片，該驅(qū)動(dòng)芯片選擇⑶40107芯片。所述的發(fā)射單元包括驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器為⑶40107，是MOS電平的驅(qū)動(dòng)器。所述的接收及放大單元包括帶通放大器及程控放大電路，其中，帶通放大器采用集成濾波器MAX275，程控放大電路由一片模擬開關(guān)4053和一片程控增益放大器PGA202組成。所述的顯示驅(qū)動(dòng)器采用MAX7219芯片。本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的超聲測距裝置，經(jīng)單片機(jī)與發(fā)射電路相連，發(fā)射電路將電能轉(zhuǎn)換為聲能，且將聲能透射到介質(zhì)中，接收及放大單元將反射聲能(回波)和轉(zhuǎn)換聲能為電信號，再由放大電路將使微弱的回聲放大到一定幅度，并使回聲激發(fā)記錄設(shè)備，最后由單片機(jī)根據(jù)聲能脈沖發(fā)射到記錄回波的時(shí)間，存儲所要求的數(shù)據(jù)，并將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成距離。具有制作方便，電路簡單，成本低廉等特點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是發(fā)射單元連接原理圖。[0015]圖3是接收及放大單元原理圖。圖4是程控放大電路原理圖。圖5是顯示單元原理圖。圖6是程序流程圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的內(nèi)同作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
參照圖1，本實(shí)施例給出一種基于單片機(jī)的超聲測距裝置，包括單片機(jī)、發(fā)射單元，接收及放大單元，顯示單元、顯示驅(qū)動(dòng)器和穩(wěn)壓電源，其中，單片機(jī)分別連接發(fā)射單元、接收及放大單元、顯示單元和顯示驅(qū)動(dòng)器，單片機(jī)、顯示單元和顯示驅(qū)動(dòng)器由穩(wěn)壓電源分別供電。本實(shí)施例中，單片機(jī)采用MC68HC908GP32單片機(jī)，MC68HC908GP32單片機(jī)的片內(nèi)307字節(jié)的監(jiān)控ROM, 32KB的片內(nèi)FLASH存儲器和512B RAM, 33根通用的I/O引腳，2個(gè)16位的雙通道定時(shí)器接口模塊·。MC68HC908GP32單片控制發(fā)射單元發(fā)射脈沖，接收及放大單元檢測到回波后由MC68HC908GP32單片機(jī)讀入深度及A/D信號。參照圖2，發(fā)射單元采用方波調(diào)制的脈沖發(fā)射電路，即采用MC68HC908GP32單片機(jī)的P0RTA4 口作為IO 口，同時(shí)外接驅(qū)動(dòng)芯片來提高其輸出電流的驅(qū)動(dòng)能力，保證40KHz的脈沖信號有一定的功率。本實(shí)施例中，外接的驅(qū)動(dòng)芯片選擇CD40107芯片，是MOS電平的驅(qū)動(dòng)器。MC68HC908GP32單片機(jī)產(chǎn)生以5個(gè)40KHz為一組的脈沖群，加到壓電晶片上能使晶片發(fā)出超聲波，當(dāng)信號為高電平時(shí)，發(fā)射傳感器兩端就加上了高電壓，內(nèi)部的壓電晶片開始震動(dòng)，此時(shí)接收傳感器的兩端可以檢測到有40KHz信號；當(dāng)信號為低電平時(shí)，發(fā)射傳感器通過回路放電，此時(shí)接收及放大單元的傳感器可以接收到回波信號，由MC68HC908GP32單片機(jī)的P0RTB4產(chǎn)生的發(fā)射脈沖，經(jīng)⑶40107來增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。如圖3所示，本實(shí)施例的接收及放大單元包括帶通放大器和程控放大電路，其中，帶通放大器采用了集成濾波器MAX275，這是一款連續(xù)時(shí)間模擬集成有源濾波器，片內(nèi)硬件由四個(gè)運(yùn)算放大器及若干電阻電容組成。每兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成一個(gè)二階節(jié)。每個(gè)二階節(jié)的中心頻率Fo，轉(zhuǎn)折頻率，品質(zhì)因數(shù)Q，放大倍數(shù)都由四個(gè)外部電阻確定，不需外接電容。通過外接電阻的不同組合形式可以實(shí)現(xiàn)巴特沃斯、切比雪夫、貝賽爾型的低通帶通濾波器。濾波器的中心頻率從100Hz-300KHz ;增益帶寬積為16MHz，即對于40KHz的信號可放大1-400倍；可以根據(jù)設(shè)計(jì)的要求實(shí)現(xiàn)高至一百的品質(zhì)因數(shù)Q ;與運(yùn)算放大器和R，C組成的二階節(jié)相t匕，MAX275組成的濾波器具有外接元件少、結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)調(diào)整方便和不受運(yùn)算放大器本身頻率特性影響等優(yōu)點(diǎn)；由于沒有外接電容，而且是單片結(jié)構(gòu)，因而高頻場合時(shí)受分布電容的影響較小。參照圖4，程控放大電路由一片模擬開關(guān)4053和一片程控增益放大器PGA202組成。測遠(yuǎn)距離時(shí)，回波信號幅度小，PGA202要選用高增益100倍檔(AlAO = 10)。使主波時(shí)段開關(guān)導(dǎo)通到地(Y1)，時(shí)段之外開關(guān)和前面電路(YO)相連。測近距離時(shí)，回波信號幅度大，PGA202要選用低增益10倍檔(A1A0 = 01)，此時(shí)開關(guān)始終與前面電路(YO)相連。[0027]參照圖5，顯示單元包括有顯示驅(qū)動(dòng)器，本實(shí)施例的顯示器驅(qū)動(dòng)器采用MAX7219LED芯片，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極LED或64只獨(dú)立的LED發(fā)光二極管，其內(nèi)部具有14*8RAM數(shù)字和功能控制寄存器，可方便的對每位數(shù)字進(jìn)行單獨(dú)控制，刷新，不需重寫整個(gè)顯示器寄存器。如圖4，通信方式采用串行數(shù)據(jù)方式，可與68HC08系列的任何一種微控制器方便的接口，廣泛應(yīng)用在條狀圖形顯示器，7段數(shù)碼管顯示器，工業(yè)控制器顯示模板，面板表與LED矩陣顯示屏等眾多場合。DIN的16位串行數(shù)據(jù)包不受LOAD狀態(tài)的影響，在每個(gè)CLK的上升沿被移入到內(nèi)部16位寄存器中。然后，在LOAD的上升沿?cái)?shù)據(jù)被鎖存到數(shù)字或控制寄存器中。LOAD必須在16個(gè)時(shí)鐘下降沿或之后，但在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿之前變高，否則數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。DIN端的數(shù)據(jù)通過移位寄存器傳送，并在16.5個(gè)時(shí)鐘周期后出現(xiàn)在DOUT端，隨CLK的下降沿輸出。參照圖6，采用本實(shí)施例的基于單片機(jī)的超聲測距裝置，當(dāng)開機(jī)后，MC68HC908GP32單片機(jī)中固化的程序即開始進(jìn)行初始化，經(jīng)初始化之后，MC68HC908GP32單片機(jī)產(chǎn)生以5個(gè)40KHz為一組的脈沖群，加到壓電晶片上能使晶片發(fā)出超聲波，當(dāng)信號為高電平時(shí)，發(fā)射傳感器兩端就加上了高電壓，內(nèi)部的壓電晶片開始震動(dòng)，此時(shí)接收傳感器的兩端可以檢測到有40KHz信號；當(dāng)信號為低電平時(shí)，發(fā)射傳感器通過回路放電，此時(shí)接收傳感器可以接收到回波信號。信號由集成濾波器MAX275放大，程控增益放大器將放大后的接收信號的峰值采樣保持下來，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后去控制程控增益放大器的放大倍數(shù)，使輸出保持穩(wěn)定。檢波輸出一路信號送給模擬開關(guān)4053，在P0RTA5引腳信號SAMPLE作用期間采樣，經(jīng)放大后形成第一門限送給比較器，只有超過第一門限的信號才能進(jìn)入第二門限判別。最后信號在LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219顯示出來，讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后存儲在RAM中，接著進(jìn)行信號處理，經(jīng)軟件處理得到的距離送到與MC68HC908GP32單片機(jī)串行方式通信的MAX7219顯示輸出，用三 位LED表示。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)的超聲測距裝置，其特征在于，包括單片機(jī)、發(fā)射單元，接收及放大單元，顯示單元、顯示驅(qū)動(dòng)器和穩(wěn)壓電源，其中，單片機(jī)分別連接發(fā)射單元、接收及放大單元、顯示單元和顯示驅(qū)動(dòng)器，單片機(jī)、顯示單元和顯示驅(qū)動(dòng)器由穩(wěn)壓電源分別供電。
2.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的超聲測距裝置，其特征在于，所述的單片機(jī)選擇MC68HC908GP32 單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的超聲測距裝置，其特征在于，所述的發(fā)射單元外接有驅(qū)動(dòng)芯片，該驅(qū)動(dòng)芯片選擇⑶40107芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的超聲測距裝置，其特征在于，所述的接收及放大單元包括帶通放大器及程控放大電路，其中，帶通放大器采用集成濾波器MAX275，程控放大電路由一片模擬開關(guān)4053和一片程控增益放大器PGA202組成。
5.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的超聲測距裝置，其特征在于，所述的顯示驅(qū)動(dòng)器采用MA X7219芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于單片機(jī)的超聲測距裝置，包括單片機(jī)、發(fā)射單元，接收及放大單元，顯示單元、顯示驅(qū)動(dòng)器和穩(wěn)壓電源，其中，單片機(jī)分別連接發(fā)射單元、接收及放大單元、顯示單元和顯示驅(qū)動(dòng)器，單片機(jī)、顯示單元和顯示驅(qū)動(dòng)器由穩(wěn)壓電源分別供電。從而人們可以直觀的看到距離情況，以方便控制所要控制的距離維持在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。具有制作方便，電路簡單，成本低廉等特點(diǎn)。
文檔編號G01S15/10GK203101641SQ20122069461
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者祁芳芳, 張楚, 劉亞濤, 王帥, 葛江浩 申請人:長安大學(xué)