本測(cè)量系統(tǒng)采用第二種方法，由于測(cè)量精度要求不是特別高，所以可以認(rèn)為溫度基本不變。

　　本系統(tǒng)以PIC16F877單片機(jī)為核心，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)其對(duì)外圍電路的實(shí)時(shí)控制，并提供給外圍電路所需的信號(hào)，包括頻率振動(dòng)信號(hào)、數(shù)據(jù)處理信號(hào)等，從而簡(jiǎn)化了外圍電路，且移植性好。系統(tǒng)硬件電路方框圖見(jiàn)圖1。

　　由于本系統(tǒng)只需要清楚機(jī)器人前方、左方、右方是否有障礙物，并不需要知道障礙物與機(jī)器人的具體距離，因此不需要顯示電路，只需要設(shè)定一距離閥值，使障礙物與機(jī)器人的距離達(dá)到某一值時(shí)，單片機(jī)控制機(jī)器人電機(jī)停轉(zhuǎn)，這可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)。

　　2　超聲波發(fā)射電路

　　超聲波的中心頻率為40kHz,該頻率可以通過(guò)以下程序產(chǎn)生（部分源程序）：

　　2.1　超聲波發(fā)射電路

　　超聲波發(fā)射電路以PIC16F877為核心，當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)，單片機(jī)從RA0口產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)，但是此時(shí)該信號(hào)無(wú)法通過(guò)與非門(mén)進(jìn)入放大電路使超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，只有閉合開(kāi)關(guān)S1時(shí)，從RA1口發(fā)射出一門(mén)控信號(hào)，該信號(hào)的頻率為4kHz,同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器TMR1,開(kāi)始計(jì)數(shù)。該門(mén)控信號(hào)每發(fā)射一個(gè)周期的波形，超聲波就會(huì)發(fā)射10個(gè)完整的波形，這可由它們的頻率得出。超聲波的周期為1（40kHz）=01025ms,而門(mén)控信號(hào)的周期為1（4kHz）=0125ms。最后根據(jù)s=vt2求出障礙物與移動(dòng)機(jī)器人的距離。當(dāng)超聲波接收頭收到反射回來(lái)的超聲波時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，時(shí)間t可以根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)與門(mén)控信號(hào)的周期求出。RA2口接RS觸發(fā)器，RS觸發(fā)器可以自動(dòng)控制超聲波的發(fā)射和停止。本系統(tǒng)的電路還包括人工復(fù)位電路，由單片機(jī)的MCLR引腳接S2來(lái)控制，超聲波發(fā)射電路圖見(jiàn)圖2。

　　2.2　門(mén)控電路（RS觸發(fā)器）

　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波發(fā)射和接收的自動(dòng)控制，須在電路中加一門(mén)控電路，該門(mén)控信號(hào)頻率為4kHz,如把輸出脈沖作為閘門(mén)信號(hào)，讓已知頻率fc的脈沖恰好通過(guò)閘門(mén)，那么t=NTc,其中，Tc為已知脈沖的周期，N為脈沖的個(gè)數(shù)。

　　門(mén)控電路由RS觸發(fā)器組成，當(dāng)輸入端R=1（S=0）時(shí)復(fù)位，即輸出端Q=0;當(dāng)R=0（S=1）時(shí)置位，即Q=1。RS觸發(fā)器與單片機(jī)的RA2口相連。

　　2.3　超聲波放大電路

　　超聲波放大電路由三極管等組成，由于單片機(jī)RA口最多只有20mA～25mA上拉電流，而超聲波發(fā)射器最小需要60mA的電流，所以在與非門(mén)后加一級(jí)放大電路來(lái)放大電流，以完成超聲波的發(fā)射。超聲波放大發(fā)射電路見(jiàn)圖3。

　　3　超聲波接收電路

　　3.1　超聲波接收放大電路

　　由于超聲波接收頭接收到的超聲波信號(hào)很微弱，所以在其后需加一超聲波接收放大電路。該電路采用兩個(gè)集成運(yùn)放，設(shè)計(jì)為兩級(jí)，兩級(jí)都為同相輸入，因?yàn)橥噍斎氲碾妷悍糯蟊稊?shù)為1+RfR,所以每一級(jí)的放大倍數(shù)為10,兩級(jí)放大倍數(shù)接近100倍，這樣后續(xù)電路就可以很容易地檢測(cè)到輸入的信號(hào)。集成運(yùn)放采用雙電源供電，超聲波接收放大電路見(jiàn)圖4。

　　3.2　信號(hào)濾波電路

　　從信號(hào)放大電路出來(lái)的聲波帶有一定的干擾，為了去除干擾信號(hào)，需要一濾波電路，信號(hào)濾波電路選用帶通濾波器電路，使其中心頻率為40kHz、帶寬為2kHz,外加一過(guò)零比較器，使輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)。信號(hào)濾波電路見(jiàn)圖5。

　　3.3　信號(hào)整形電路

　　從信號(hào)濾波電路出來(lái)的方波信號(hào)很不規(guī)則，故其后加一整形電路，整形電路由兩級(jí)非門(mén)串聯(lián)，并聯(lián)一電阻組成，整形后再送單片機(jī)進(jìn)行處理，信號(hào)整形電路見(jiàn)圖6。

　　4　軟件程序設(shè)計(jì)

　　軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、發(fā)射子程序等組成，軟件程序框圖見(jiàn)圖7。

　　5　結(jié)語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)采用了單片機(jī)編程技術(shù)，配合硬件完成了系統(tǒng)的要求，其精度能滿足大部分的工程需要。與傳統(tǒng)的測(cè)距系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、移植性好等特點(diǎn)。