基于超声波的语音测距仪的设计

　　1　引　言

　　超声波测距主要应用于非接触测量领域。超声波测距往往比较迅速、方便,并且在测量精度方面也能达到工业实用的要求。超声波测距的原理是:测取超声波从发射地至目的地传输所经过的时间T,通过下式求出距离S:

　　从上式可知,超声波传播的速度随温度的升高而变快,要精确的测量某两个物体之间的距离,需检测当时的环境温度。超声波在空气中传播时,随着传播距离的增加,其幅度按指数形式衰减。当测量距离较远时,接收到的回波脉冲很微弱,为了使测量的精度不下降,系统设计了AGC电路。语音采用“直接模拟存储技术”分段记录在ISD2590的E2PROM存储器中。当系统计算出测量结果时,通过软件查表的方式查出与测量值相对应的语音首地址,送入ISD2590的地址输入端,ISD2590输出的语音信号送入LM386功率放大,最后由扬声器播报测量值。在测量时有许多不可避免的偶然因素,系统在软件上设置每次测距都连续测量10次,取平均值作为测量的结果。

　　2　系统的结构框图及工作原理

　　该系统的结构框图如图1所示。

　　系统的工作原理:单片机AT89S52的P2.0口输出40 kHz的方波信号,经功率放大后驱动超声波发射器,发出同频率的超声波,发出第一个脉冲的同时计数器开始计数。当反射回的超声波经接收电路形成中断信号送入单片机的INT0口时,INT0产生中断,计数器停止计数,从而可得到超声波从发射到接收的时间间隔T。DS18B20采集环境温度,最后由扬声器播报测量值。

　　3　系统硬件的设计

　　3.1　发射电路

　　发射电路的主要作用是发射40 kHz的超声波,电路如图2所示。

　　单片机采用定时器溢出中断的方式产生40 kHz的对称方波信号。考虑到测量“盲区”的问题,每次测距发射8个方波。方波信号从P2.0口输出经U1隔离电路后送入U2A,U2B组成的功率放大电路,方波信号经功率放大后驱动超声波发射器,发出同频率的超声波。

　　3.2　接收电路

　　接收电路主要作用是形成中断信号,电路如图3所示。

　　3.2.1　前置放大、AGC电路

　　超声波从发射到接收的时间间隔T的测量精度取决于对脉冲回波前沿的检测精度。当测量距离较近时,回波脉冲的幅度大,对回波脉冲前沿的检测误差较小;当超声当测量距离较远时,回波脉冲的幅度很小,对回波脉冲前沿的检测误差较大。为此本系统设计了具有AGC功能的前置放大电路,使不同距离的回波脉冲到达比较器都有基本相同的幅度,解决了由于回波脉冲幅度过小而导致的检测误差加大的问题。AGC电路的基本工作原理是:当系统测量的距离超过2 m时,定时器T2产生溢出中断,单片机P2.2为高,CD4066内部的开关闭合,电路的放大倍数变大;当测量的距离超过4 m时,定时器T2再次产生溢出中断,单片机P2.2,P2.3都为高,此时电路的放大倍数变到最大。