單片機超聲波測距的DIY與仿真深入研究與小結

前言
就像學軟件要了解些組成、編譯等知識一樣，玩硬件如果只用人家封裝好的模塊，而不了解它們的內部機制，感覺也有點不自在~其實，在很長時間以前就覺得該在模擬電路方面深入點了，可是總是找不到切入點，拿無線電的知識發現根本無法涉足，最近正好由于做一個軟硬件結合的“玩具”而引發了必須自己設計傳感器的需求，所以就趁勢在模擬電路的海洋里遨游下吧，嘿嘿~下面是今天（不，是昨天）做的關于這方面的調查和研究，哈哈，課太多又要把最新版的Ubuntu想方法裝進我的老掉牙的只有40G大小的移動硬盤里，結果就忙到了現在~

第一步、淘寶上看看有沒有現成的超聲波模塊散件：


ps:比較便宜的一個，采用芯片，右邊像排阻的東西！網上有人說這種芯片來做超聲波接收芯片有點誤人子弟~，不過想做成收發單獨的東西，用他們的產品只能模仿學習一下電路！

PS:這幾款和上面一款類似~還有比較坑的幾款就是直接采用超聲波測距模塊~


PS:怎么像樓主在幫人家做廣告呢~哈哈~

第二步、查閱相關資料，看看怎么DIY:

下面是從一個同學的畢業設計的論文中看到的，他沒有采用上述淘寶賣家普遍采用的接收模塊，而是用普通的模擬電路知識設計的。由于protues這個軟件無法 模擬出超聲波的真正的收發，所以下面的各個元件的參數我無法確是否正確，下圖就先僅作框架參考~(一會要仔細分析那個同學畢業設計給的方法到底行不 行！)，這里先大致說一下，左下部分為超聲波發送模塊，通過一根線和MCU的P3.6腳相連，想通過單片機在該腳產生40KHz的矩形波然后通過多個 74HC04進行放大從而驅動超聲波發送模塊，右下部分的接收模塊包含接收、濾波、比較等運算，最后能根據接收到的超聲波是否為40KHz而產生一個信號 從而引發單片機中斷。

此外，我還發現，用80c52+12MHz的晶振，產生40KHz的矩形波在protues里模擬很不正常！這里for(a=0;a<200; a++){ P36=!P36;  delays();}就是每隔一定時間讓P36腳的電壓翻轉實現輸出矩形波的效果，顯然設這里的delays()的延時為t，那么產生的矩形波的周期就是 2*t，若果需要40Khz的矩形波則delay()延時t就大約為12.5us,而如下面代碼中我采用的是delays()延時10次，結果產生的波形 如下圖所示：以MCU的12Mhz來算，這10次i--應該不會占用那么多的機器周期吧！(這個確實很令人疑惑)

復制代碼
1 #include<reg51.h>
2 #define uchar unsigned char
3 #define ulong unsigned long
4 #define uint  unsigned int
5 sbit P36=P3^6;
6 sbit P32=P3^2;
7 uchar data tab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
8 bit again;
9 void delays();
10 void main()
11 {
12     uchar a;//一次發送方波數
13     TMOD=0x01;//T0計數方式1
14     TH0=0;
15     TL0=0;
16     IT0=1;//INT0負脈沖觸發
17     EA=1;//開總中斷
18     EX0=1;//開外部INT0中斷
19
20     again=1;
21     while(1)
22     {
23         while(again==1)
24         {
25             P36=0;
26             TR0=1;//T0開始計數
27             for(a=0;a<200;a++)//產生100個40Khz方波
28             {
29                 P36=!P36;
30                 delays();
31             }
32             //again=0;
33         }
34     }
35 }
36 void intersvro(void)interrupt 0 using 1 //INT0中斷服務程序
37 {
38     uint bwei,swei,gwei;
39     uchar DH,DL;
40     ulong COUNT;
41     ulong num;
42     TR0=0;//停止計數
43     DH=TH0;
44     DL=TL0;
45     COUNT=TH0*256+TL0;
46     num=(344*COUNT)/20000;
47     bwei=num/100;
48     swei=num%100/10;
49     gwei=num%10;
50     P1=tab[bwei];
51     P0=tab[swei];
52     P2=tab[gwei];
53     TH0=0;
54     TL0=0;
55 }
56 void delays()
57 {
58     int i=10;
59     while(i--);
60 }
復制代碼

鑒于上述的疑惑，我暫且把它歸結為protues仿真效果不好，要實測！但是感覺還是不怎么甘心呢，于是就拿555做個多諧振蕩器來試著產生40Khz的矩形波試試：結果發現結果還是挺接近的~那么看樣還是80C52的問題了！在此過程中又萌發一個利用555產生這個40kHz的矩形波，然后MCU只是給出使能信號使555工作就行了，這樣一方面可以減輕MCU的工作量，另一方面又會產生比較標準的40KHz的矩形波，哈哈，不錯，不錯！(這里T=(R1+2*R2)*C*Ln2   占空比Q=(R1+R2)/(R1+2*R2)   D1是為了產生對稱的方波)。

最后，還是對那個接收部分不放心，于是還得拿出模擬電路的書仔細分析一下~這里我從LM741研究起，在網上找了些資料包括說明文檔甚至是英文的說的都不是很好，于是往書里找資料，發現竟然是當時學的一個芯片！！！進而發現上述的接收部分的核心非常類似于有源濾波器，可是由于模擬電路知識差不多考完就忘了，當初那些復雜的公式還是強記的，所以上面那個電路雖不復雜但是還是牽連很多知識的！準備有空好好重學一下它了！

經過這些調查和學習發現，如果不用特殊的模塊（淘寶上商家賣的那種采用紅外線驅動芯片來驅動超聲波）也能用簡單的運放電路做出來，可能用運放做出來的簡單的電路存在精度不是很高的問題吧~接下來準備再仔細研究一下芯片式的和普通運放式的，然后采購些元件，具體做了~


小結：
時間過得真是快，還沒干點什么事它就沒有了！有時候驀然回首，會被它的無情嚇到！今天就大致了解了下超聲波模塊，在產品方面千篇一律細分可分成兩種陣營（直接模塊上的二次開發與開發模塊一體開發），還是如當初的想法，這些都不適合改造以滿足自己的需求；在技術方面，發現有采用集成芯片的和采用普通運放的，客觀來說他們各有利弊吧，而感覺自己的模電知識略顯薄弱，要加把勁啦！