基于STM8的红外与超声波结合测距仪

超声波作为一种特殊的声波，由于其指向性强，在空气中传播速度相比光速要小很多，其传播时间容易检测，因此，目前超声波测距中广泛采用回波-渡越时间方法[1]，即检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质传播到接收器的时间即为渡越时间。渡越时间与气体中的声速相乘，就是声波传输的距离。该测试方法对于超声波探头的要求相对比较高，不适合做长距离测量。本文设计的超声波测距仪主要用于长度超过10 m的远距离测量，而且要求可靠性高、稳定性好。故本文采用红外与超声波相结合的设计方案以实现这一功能。

1 超声波的测距原理

侧扫声呐系统是基于回声探测原理进行水下目标探测的，通过系统的换能器基阵以一定的倾斜角度、发射频率、向海底发射具有指向性的宽垂直波束角和窄水平波束角的脉冲超声波，声波传播至海底或海底目标后发生反射和散射，又经过换能器的接收基阵接收海底的反射和散射波，再经过水上仪器的处理用显示装置显示、记录器储存和纸质打印。由于红外接收组件中甲乙两管垂直排列，栅轮轮齿夹在红外发射与接收中间的部分的移动方向为上下方向，而甲乙接收管与红外发射管的夹角不为零，于是甲乙管输出的电脉冲有一个相位差。通过发射或反射电磁波、声波、红外信号等，使敌方电子设备、声纳和红外设备失灵，如定向能、高功率微波攻击武器等。

2 系统软硬件设计

系统硬件结构分为单片机控制超声波的发射、接收波的放大、数据处理和显示4个部分。其结构如图1所示。

2.1 红外和超声波发射电路设计

具体工作原理是，红外发射电路33朝光学透镜发射特定红外线信 号，当光学透镜被遮挡住(如涂沫白油)时，该特定红外线信号会被 反射回来，并被红外接收电路34接收到之后进行识别，确认为发射出 去的红外线信号时，发出透镜被遮挡的警示信号。 超声波发射电路图3.2 超声波接收电路 超声波接收电路负责接收超声波信号.并将超声波信号转换成单片机能识别 的电信号。图 3 16qam 信号正交调制与解调 五、仿真结果参考 1．四进制基带码元波形（pn 序列 levels=4） 图 4 四进制基带码元波形 2．同相支路、正交支路输出信号波形： 图 5 同相支路输出波形 图 6 正交支路输出波形3．16qam 解调输出波形 4．16qam 星座图 分析：解调输出后波形与信号输入的波形基本保持一致，延迟了两个码元的时间。

2.2 红外和超声波接收电路设计

本系统中红外接收电路主要由HS0038B红外接收管和R32、C23和R33构成，取得的红外信号IRR直接输入STM8单片机的捕获功能引脚作为计数器的启动信号，红外接收电路如图5所示。红外信号接收管HS0038B接收到红外信号输入STM8单片机的捕获中断引脚后经过滤波处理和判定为有效值时，即开启计数器开始计时。

超声波接收电路主要由接收头、三级三极管放大电路和包络检波电路、滤波电路等组成，其电路如图6所示。当接收到超声波信号时，计数器立即停止计数以计算出时间差T。

图7为超声波接收端波形放大及经典的二极管检波电路之后输出的超声波接收端信号波形，其通过比较器输入到STM8单片机的另一个捕获引脚来控制定时器的停止。超声波测距仪和红外线

2.3 系统软件设计

(1)扫频工作方式按附图1所示测量原理，用扫频电信号重复地激励声波探头使之发射扫频声波信号，声波频率的范围为10hz～300hz，对接收探头接收到的信号的频谱进行分析，由接收信号频谱的极小值确定谐振频率，再由fr=c2&pi。nrf2401遥控发射程序如图9所示，nrf2401配置为发送模式，当有按键按下时，nrf2401进入中断模式，nrf2401把数据打包，单片机和nrf2401进行spi通信，循环移位发送数据到nrf2401接收模块。基于单片机的自动擦鞋机的硬件构成包括变压器、稳压集成模块7805、红外发射与接收管、at89c51芯片、l293d芯片等组成的电源电路、红外发射与接收电路、单片机系统控制电路、电机驱动电路和显示电路。

本红外-超声波系统主要应用在工业梁上的运动吊车上。经实践应用证明，该系统测量距离可满足大于10 m的要求，克服了反射式超声波测距仪测量距离只能达到5 m左右的问题，同时消除了反射式超声波测距仪存在的测量盲区，测量精度小于1 cm，可靠性高，超过了实际的应用要求。初步可以满足产业化的需要，经改进可升级成智能化的超声波测距仪。

关键词： STM8红外与超声波测距

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