3.2 超声波测距仪硬件设计与制作

这里，我们将设计制作一个超声波测距仪，测量范围在 0.27～3.00m，测量精度 1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。

超声波测距仪主要由STC89C51 单片机、4 位共阳LED数码管，超声波发射电路（超声波发射驱动电路 74HC04、超声波发射探头T-40-16 等），超声波接收电路（超声波接收解调电路CX20106A、超声波接收探头R-40-16 等）等组成，如图 3-2 所示。

如图 3-3 所示是超声波测距仪的电路原理图。

1．单片机电路

单片机电路以U1（STC89C51）为核心构成，也可采用AT89S51 等单片机，由于P0 口是一个 8 位漏极开路的“双向I/O端口”，因此，外接了上拉电阻排RN1。

2．超声波发射电路

超声波发射电路主要由U3（74HC04）、超声波发射探头T-40-16 等组成。单片机用P1.0端口输出超声波转化器所需的 40kHz方波信号，经 74HC04 放大和缓冲后，驱动超声波发射探头T-40-16 工作。

3．超声波接收电路

超声波接收电路由超声波解调电路U2（CX20106A）、超声波接收探头R-40-16 等组成，CX20106A实际上是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率为 38kHz与测距超声波频率 40kHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。

4．数码管显示电路

数码管显示电路用来显示测量的距离，单位为cm；数码管采用共阳型。采用共阳型数码管的特点是单片机P0 口输出显示数据时，只有当位选端P2.0～P2.3 为低电平时，相应的三极管Q11～Q14 才能导通，数码管相应的位才能得电显示。

5．蜂鸣器和其他电路

蜂鸣器电路由Q15、B1 等组成，由单片机的P3.7 引脚控制。当P3.7 引脚输出低电平时，Q15 导通，蜂鸣器发声；当P3.7 引脚输出高电平时，Q15 截止，蜂鸣器不发声；当P3.7 引脚输出频率不同的信号时，蜂鸣器会发出不同的叫声。

除此之外，电路中还设计有 4 个按键，其功能根据实际应用进行开发，在本设计中，暂未用。

如图 3-4 所示是设计制作好的超声波测距仪实物图。

最后需要说明的是，在安装超声波发射和接收探头时，两探头的中心轴线要平行并相距 4～8cm，如果能将超声波探头屏蔽起来，可以大大提高抗干扰能力。安装完成后，将设计的软件下载到单片机中，就可以进行测距了。