本系统利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时。接收电路的输出端接单片机的外部中断源输入口。系统定时发射超声波，在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间，以此来计算垃圾分类房的门与门前物体的距离。

系统方案

本章节简单阐述垃圾分类房测距部分的设计原理，测距技术选型。

在超声波发生器的选择上选用了适合近距离测量的电气方式超声波发生器并采用反射波方式进行测距。超声波接收传感器采用了性价比较高的HC-SR04模块，其工作频率、灵敏度下文将会介绍。显示单元通过分析各类型显示屏采用了LM016L液晶显示屏。

控制系统的原理图

整体结构包括超声波发射与接收电路、单片机电路、时钟电路、显示电路、报警提醒电路、继电器驱动电路、白天与夜间工作模式切换电路等几部分模块组成。垃圾分类房控制系统结构图如图2-1所示。

图2-1垃圾分类房控制系统结构图

超声波测距的原理

单片机发出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，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离。

S=ct/2（2-1）

式（2-1）中的c为超声波在空气中传播的速度。

限制该系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小可测距离。为了增加所测量的覆盖范围，减少测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。由于超声波发球声波范围，其波速c与温度有关，表2-1列出了几种不同温度下的波速。

表2-1声速与温度的关系

温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100

声速（m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386

波速确定后，只要测得超声波往返的时间t，即可求得距离S。其系统原理框图如图1-1所示。

单片机AT89C51发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，读出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至lcd进行显示。

两种常用的超声波测距方案

基于CPLD的超声波测距系统

这种测距系统采用CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）器件，运用VHDL（VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage）编写程序，使用MAX+plusII软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。

CPLD器件内部的宏单元是其最基本的模块，能独立地编程为D触发器、T触发器、RS触发器或JK触发器工作方式或组合逻辑工作方式。它的这种特性非常适用于一些系统，可将系统所需要的分频功能、计数功能、振荡器、七段码显示全部由MAX来实现，而只需在外部配上适当的超声波传感器、接收和发送电路，即可组成一个测量精度高、性能稳定、响应速度快且具有显示功能的超声波测距仪。

利用CPLD器件控制超声波的发射，并对超声波发射至接收的往返时间进行计数，将计算结果在LED上显示出来。配合使用MAX+plusII开发软件，可集设计输入、设计处理、设计校验和器件编程于一体，集成度高，开发周期短。其系统框图如图2-2所示。

图2-2基于CPLD的超声波测距系统框图

超声波发射器向某一方向发射40kHz的超声波，在发射超声波的同时，MAX7128S内的计数器开始计数。超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就会立即返射回来。超声波接收器收到反射波后就将回波信号送到CPLD，CPLD立即停止计数。CPLD所计的时间就是超声波从传感器到被测物的往返时间。超声波在空气中的传播速度如设定为332m/s，根据计数器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s=332t/2。CPLD开始计数后，只要传感器收到回波，CPLD就立即停止计数，即只有最先返回的超声波才起作用，也就是说超声波测距仪总是测得离传感器最近的物体的距离。