超声波是机械波，与频率无关，只与传播介质有关。严格地说，超声波的传播是非线性的，但只要声波的能量不是很大，就可以认为是线性的，即声速是恒定的。25℃环境下，20KHZ~50MHZ超声波的空气传播速度为340m/S。本文中的超声波测距系统采用反射回波接收方式，超声波发射机向一定方向发射超声波，发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中遇到障碍物立即返回，超声波接收器接收到反射波后立即停止计时。设S为测量距离，T为往返时间差，超声波传播速度为V，则有
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超声波发射器由超声波发生电路和超声波发射控制电路两部分组成，超声波探头为CSB40T。超声波的产生可以用软件产生法和硬件产生法，本系统利用单片机软件产生40kHz的超声波信号，经2倍放大后经CD4069反向驱动输出至CSB40T，如图1所示。
图1 超声波发射电路
CD4069由6个COS/MOS反相电路组成，该器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中，其内部结构如图2所示。
图2 CD4069内部结构
超声波在空气中传播，其能量随着传输距离的增加而减小，从远处障碍物反射回来的回波信号一般较弱，因此在设计超声波接收电路时，需要较大的放大倍数。为了减少环境噪声对回波信号的影响，还应考虑采用滤波特性较好的电路，使回波易于检测。超声波接收电路采用集成电路CX20106A，可用来完成信号放大、限幅、带通滤波、峰值检测和波形整形等功能，如图3所示。
图3 CX20106内部结构
前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证超声波传感器在接收到远处反射信号的微弱电压时，放大器有较高的增益，而当近距离输入信号较强时，放大器不会过载；带通滤波器的中心频率可由芯片5脚外接电阻调整，不需要外接电感，可以避免外界磁场对电路的干扰，可靠性高。CX20106A接收超声波灵敏度高，抗干扰能力强，完全可以满足接收电路的要求。同时采用集成电路还可以减少电路间的相互干扰，降低电气噪声。当接收到40kHz信号时，芯片7脚会出现短暂的低电平，接通单片机可使单片机产生中断。
图4 超声波接收电路
3. 密码锁
