图3-4压电式超声波传感器结构图

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，超声波发生器内部结构如图3-4所示，它有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转化为电信号，这时它就成为超声波传感器。

压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率 f0。在发射超声波时，其上面的交变电压的频率要和它的固有谐振频率是一致的。这样才能让超声传感器具有较高的灵敏度。当压电材料不变而改变压电陶瓷晶片的几何尺寸，就能十分方便的改变它固有的谐振频率，利用这个特性可以制作各种频率的超声传感器。

超声波传感器的内部结构为压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属壳及金属网，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形辐射喇叭让发射和接收超声波能量集中，并且使传感器具有一定的指向角，金属壳可以阻止外界力量对压电陶瓷晶片和锥形辐射喇叭的损坏。金属网起到了保护的作用，但不影响发射与接收超声波。

HC-SR04超声波测距模块提供了2cm到400cm的非接触式距离感测功能，测距精度精准到3mm，模块中含有超声波发射器，接收器和控制电路。它的基本工作原理为：

（1）IO口TRIG触发测距，最少有10us的高电平信号；

（2）模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号的返回；

（3）信号返回时，通过IO口ECH0输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波来回的时间。测试距离=（高电平时间*声速/340M/S）/2；

（4）当TRIG从0->1时，主控制板开始启动，当超过10ms时ECH0还是没有出现150us的0信号，则没有障碍。

 本模块性能稳定，测度距离精确，其主要特点：论文网

（1）超微型，只相当于两个发射，接收头的面积已经没法再小了；

（2）无盲区（10mm内成三角形误差较大，简单可以当做0处理）；

（3）反应速度快，10ms的测量周期，不容易丢失高速目标；

（4）发射头，接收头紧靠，和被测目标基本成直线关系；

（5）模块上有LED指示，方便观察和测试。

HC-SR04的外形及管脚排列如图3-5所示。

（1）VCC为5V电源；

（2）GND为地线；

（3）TRIG触发控制信号输入；

（4）ECH0回响信号输出。

外形及管脚排列图

3 硬件电路设计

3。1 单片机的最小系统

   此设计我所采用的是STC89C52单片机，是带有8k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能COMOS8的微处理器，该器件共有40引脚，有较快的速度，且价格低廉，烧录方便，通过串口即可下载，能实现在线编程，采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

在确保微机系统中电路稳定并能可靠工作的情况下，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的基本功能为：系统上电时可以提供复位信号，到系统电源稳定后，撤销复位信号。电源稳定一段时间后要经一定时间的延迟才能撤销复位，以防电源开关或者电源插头在分和过程中因为抖动而影响复位。当单片机中的复位引脚出现2个机器周期以上的高电平时，则单片机执行复位操作。如果RST连续为高电平，单片机就处于循环复位状态。所以复位引脚的电容大一点也不会导致出现错误，也就复位时间会比较长一点；但如果电容太小，高电平持续时间会变得短，那么单片机就无法正常复位，导致无法正常工作，电容一般情况下取10UF或者22UF。