超声波是一种频率在20KHz 以上的机械波，在空气中的传达速度约为340 m/s（20°C时）。超声波可由超声波传感器发生，常用的超声波传感器两大类：一类是选用电气办法发生超声波，一类是用机械办法发生超声波，现在较为常用的是压电式超声波传感器。因为超声波具有易于定向发射，方向性好，强度好操控，对颜色、光照度不灵敏，反射率高级特色，因而被广泛应用于无损探伤，间隔丈量、间隔开关、轿车倒车防撞、智能机器人等范畴。
本规划的全体框图如图所示，主要由超声波发射，超声波接纳与信号转化，按键显现电路与温度传感器电路组成。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，然后测出发射和接纳回波的时刻差T，然后求出间隔S=CT/2，式中的C 为超声波波速。在常温下，空气中的声速约为340m/s。因为超声波也是一种声波，其传达速度C与温度有关，在使用时，假如温度改变不大，则可以为声速是根本不变的。因本体系测距精度要求很高，所以通过对温度的检测对超声波的传达速度加以校对。超声波传达速度承认后，只需测得超声波往复的时刻，即可求得间隔。这便是超声波测距体系的根本原理。
超声波信号的发射与接纳电路
发射部分电路如图3所示，主要由脉冲调制信号发生电路，阻隔电路以及驱动电路组成，用来为超声波传感器供给发送信号。脉冲调制信号发生电路中通过单片机对555定的复位（RESET）端的操控，使555定时器分时作业然后生发生脉冲频率为40KHz，周期为30ms 的脉冲调制信号，信号波形如图2所示，本规划中一个周期内发送10个脉冲信号。阻隔电路主要是由两个与非门组成，对输出级与脉冲发生电路之间进行阻隔。输出级由两个通用型集成运放TL084CN 组成，因为超声波传感器的发射间隔与其两头所加的电压成正比，因而要求电路要发生满足大的驱动电压，其根本原理便是一个比较电路，当输入信号大于2.5V 时，运放A 的输出电压VA=+12V，运放B 的输出电压VB=-12V，当输入信号2.5V 时，运放A 的输出电压VA=“-12V”，运放B 的输出电压VB=+12V，所以在超声传感器两头得到两个极性彻底相反的对称波形， 即VB=-VA ， 所以加在超声波传感器两头的电压V=VA-VB=2VA，其两头的电压可到达24V，然后确保超声波可以发送较远的间隔，进步了丈量量程。
接纳部分的电路由扩大电路，带通滤波电路以及信号改换电路组成。扩大电路和带通滤波电路如图4所示。因为超声波信号在空气中传达时遭到很大程度的衰减，所以反射回的超声波信号十分的弱小，不能直接送到后级电路进行处理，有必要将信号扩大到满足的起伏，才能使后级电路对它进行正确的处理。前置扩大电路是由集成运放组成的自举式同相沟通扩大电路，具有很高的输入阻抗，C5，C6，C7为隔直电容，R5，R6，R7为偏置电阻，用来设置扩大器的静态作业点。带通滤波器选用二阶RC 有源滤波器，用于消除超声波传达过程中遭到的搅扰信号的影响。
扩大电路与带通滤波电路
如下图4所示，该电路为二阶压控电压源带通滤波电路，图中RW，C10 组成低通滤波网络，C9和R12组成高通滤波网络，两者串联组成了带通滤波电路。集成运放和电阻R9，RlO 一同组成同相份额扩大器，为了使电路可以安稳作业，有必要确保同相份额扩大器的增益，带通滤波器的中心频率ω0=40kHz，电路参数可通过AV=1+R9/R10和ω0=1/R12C2（1/RW+1/R13）承认。通过带通滤波后的信号经专用外表扩大器AD620进行扩大，然后送到信号改换电路，信号改换电路主要将接纳到的包络信号改换成单片机的中止触发信号。由包络检波电路，电压比较器和RS 触发器组成。包络检波电路由二极管D3，电阻R19，和电容C13组成。通过包络检波得到的信号如图6中的V2所示。电压比较器由集成运放和电容电阻组成，为了消除发送探头的搅扰信号，咱们将单片机P1.2输出的信号加到电压比较器的同相端，它的波形是250μs 的高电平，和29750μs 低电平的方波，通过二极管D3将P1.2和比较器的正向端阻隔。当P1.2输出高电平时，通过二极管对电容C14充电，因为二极管是正导游通的，所以充电很快，当P1.2输出为低电平时，二极管反向截止，电容通过电阻RW 和R21放电， 因为总电阻比较大，所以放电很缓慢，波形如图6中V3所示，从图中可看出，在没有收到回来信号时，比较器输出高电平，假如收到回来信号，比较器便输出低电平，输出波形如图6中Vo 所示，通过这种办法就可以消除发射探头对反射回的信号的搅扰。
在发送端发送超声波信号时，P1.2输出高电平，通过反相器后，变为低电平加到触发器的R 端，因为没收到反射信号之前，电压比较器输出为高电平，所以根本RS 触发器的输入分别为，R=O，S=l，为0态，即Q=0，Q=1，Q 的信号加到单片机的中止输入端，因为单片机的中止为下降沿触发，输入为高电平，不发生中止。当发送结束时，P1.2输出低电平，经反相器，变为高电平送到触发器的R 端，没有收到反射回的信号时，电压比较器输出仍为高电平，所以根本RS 触发器的R=“1”，S=1，为坚持状况，即Q=1，Q=0，也不发生中止。当接纳到反射回的信号时，电压比较器输出低电平，因而，根本RS 触发器的输入端R=“1”，S=0，触发器作业在0态，即Q=O，Q=1。单片机的中止输入端的电平由高电平变为低电平，然后使单片机发生中止。
单片机的外围电路图如图7所示，显现电路由单片机操控七段数码管进行显现，选用数字温度传感器DS18820对环境温度进行检测，然后对超声波的传达速度进行温度补偿，进步丈量精度。两个按键用于操控丈量的开端与中止以及间隔与温度显现的切换。
本体系因为发射功率和超声波发射探头的原因，丈量间隔在10cm 到500cm 之间，在近间隔丈量和远间隔丈量时存在差错较大，在50cm 和200cm 之间丈量时精度最好，差错不大于1cm。在本规划中因为超声波发射周期为10个25μs 的方波，因而发射时刻为T=250μs，已知常温下声速C 为340m/s，可知S=CT/2=250μs/2=8.5cm，因而承认测距盲区为9cm。即当丈量间隔小于9cm 时不能正确丈量。
