一种超声波船舶防撞测距电路技术领域
本发明涉及一种测距电路，具体是一种超声波船舶防撞测距电路。
背景技术
我国河流情况大多较为复杂，随着船舶数量日益增多导致水域交通密集度增大，
很容易发生碰撞等事故，导致的人员伤亡、财产损失相当巨大。如何避免船舶间、船与桥发
生碰撞事故是确保船舶安全航行的关键问题。因此开发出针对船舶的超声波防撞测距电路
具有极大的现实意义，该电路能够测量与其他船舶、码头以及桥梁的距离，减少人为观测时
的影响，实现船舶避碰可预警化。
目前测距传感器主要分为激光传感器，红外线传感器和超声波传感器。激光传感
器具有量程大，精度高的特点，但是激光传感器应用于本发明时，由于方向性太好，能测量
范围很小，同时在本发明中目标角度不固定或目标太亮时，激光测距性能也会变差，难已实
现要求。红外线测距传感器生产成本相对超声波传感器较高，且精度低，距离近，方向性差。
而超声波测距性能稳定,抗干扰性强，测量精度高；受对象表面和颜色的影响小,受气流影
响也比较小；环境适应性能好,在恶劣天气下性能稳定,受雨、雪、雾等的影响小；所以在本
发明中采用超声波传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波船舶防撞测距电路，以解决上述背景技术中提
出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超声波船舶防撞测距电路，包括超声波传感器、控制模块、LED现实的、数码管
距离显示模块和蜂鸣器，所述超声波传感器检测到距离信号并传输给控制模块，所述控制
模块根据所接受的信号分别控制LED现实的、数码管距离显示模块和蜂鸣器的工作状态，所
述超声波传感器包括超声波发射电路和超声波接收电路。
作为本发明再进一步的方案：所述超声波发射电路包括NE555 24.5kHz方波振荡
器，电平转换&功率放大模块和匹配电路。
作为本发明再进一步的方案：所述超声波发射电路包括六反相器74HCO4、贴片电
容C21、贴片电容C22、电阻R8、电阻R9，扬声器LS1和电源VCC，U5A的1脚和上一级的输入相
连，U5A的2脚与U5B的3脚相连，U5C的5脚和U5D的9脚都与U5B的4脚相连，U5C的6脚和U5D的8
脚与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与电源VCC相连，U5C的6脚和U5D的8脚与贴片电容
C21的一端相连，贴片电容C21的另一端与扬声器LS1一端相连。U5A的2脚与U5E的11脚和U5F
的13脚相连，U5E的10和U5F的12脚与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与电源VCC相连，
U5E的10和U5F的12脚与贴片电容C22的一端相连，贴片电容C22的另一端与扬声器LS1另一
端相连。
作为本发明再进一步的方案：所述超声波接收电路包括超声波接收专用芯片
CX20106、晶体三极管2N2222、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R18、电阻R19、贴片电容C17、贴
片电容C18、贴片电容C20、电解电容C19和电源VCC，晶体三极管2N2222的2脚与地相连，3脚
与电阻R18一端相连，电阻R18另一端与电源VCC相连，CX20106的7脚一端和电阻R19相连，电
阻R19的另一端与晶体三极管2N2222的1脚相连，CX20106与电阻R7的一端相连，R7的另一端
分别与贴片电容C20的一端相连和电源VCC的一端相连，贴片电容C20的另一端与地相连，
CX20106的8脚与电源VCC相连，CX20106的5脚与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与电源
VCC相连，CX20106的5脚与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与贴片电容C18的一端相连，
贴片电容C18的另一端分别与地相连。CX20106的3脚与电解电容C19的一端相连，电解电容
的另一端与地相连，CX20106的4脚与地相连，CX20106的6脚与贴片电容C17的一端相连，贴
片电容的C17另一端与地相连。扬声器LS2的一端与CX20106的1脚相连，另一端与地相连。
作为本发明再进一步的方案：所述控制模块包含单片机以及晶振电路、复位电路、
电源电路和外围电路，单片机的型号为STC89C52。
作为本发明再进一步的方案：所述晶振电路包括12MHZ晶振X1与贴片电容C7、贴片
电容C8，X1的两端分别与贴片电容C7、贴片电容C8相连，贴片电容C7、贴片电容C8的另一端
与地相连。
作为本发明再进一步的方案：所述复位电路包括电源VCC、电解电容C9和电阻R1，
电解电容C9的一端与电源VCC相连，电解电容C9的另一端与REST脚相连，电阻R1一端与地相
连，另一端与REST相连。
作为本发明再进一步的方案：所述电源电路包括电源VCC、三端正电源稳压电源
U2、电解电容C1、电解电容C4、贴片电容C2和贴片电容C3，U2的1脚分别与上一级电路的
VBATT、电解电容C1、贴片电容C2的一端相连，电解电容C1和贴片电容C2的另一端与地相连，
U2的2脚与地相连，U2的3脚与电源VCC相连，电解电容C4和贴片电容C3的一端与电源VCC相
连，另一端与地相连。
作为本发明再进一步的方案：所述距离显示电路包括单片机U1、电源VCC、驱动器/
译码器U7、4位7段数码管U6、4个电阻R19和4个电阻R20，U1的31脚与电源VCC相连，39脚与U7
的7脚相连，U1的38脚与U7的1脚相连，U7的37脚与U7的2脚相连，U7的36脚与U7的6脚相连，
U7的16脚接电源VCC，U7的8脚接地，U7的13、12、11、10、9、15、14脚分别与U6的11、4、4、2、1、
10、5脚相连。U1的23脚输出Lamp，24脚输出Bell，U1的25、26、27、28脚分别连接4个R19，4个
R19另一端分别与4个三极管T5Q2N2222相连，4个三极管T5Q2N2222第二端分别与4个R20相
连、第三端分别接地，U6的6、8、9、12脚分别与4个R20相连，4个R20另一端分别与电源VCC相
连。
作为本发明再进一步的方案：所述LED显示电路包括电源VCC，LED灯DS1，三极管
T2，电阻R11、R12。T2的源极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与LED灯DS1的一端相
连，LED灯DS1的另一端与电源VCC相连。T2的基极与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端
与Lamp信号相连。T2的发射极与地相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过测距传感器测出船舶与障碍
物的间隔距离，并通过数码管显示出来。测距传感器再通过一定时间间隔测出两次船舶与
障碍物的间隔距离，从而计算出船舶与障碍物的靠近速度，利用靠近速度确定安全距离，当
船舶与障碍物的间隔距离小于安全距离时，提示船舶预警的蜂鸣器响，具有精度高，使用方
便的优点。
附图说明
图1为超声波船舶防撞测距电路的整体方框图；
图2是超声波发射电路的整体图；
图3是超声波发射电路的电路图；
图4是超声波接收电路的电路图；
图5是STC89C52单片机电路图；
图6是晶振电路的电路图；
图7是复位电路的电路图；
图8是电源电路的电路图；
图9是距离显示电路的电路图；
图10是蜂鸣器控制电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-10，本发明实施例中，一种超声波船舶防撞测距电路，包括超声波传感
器、控制模块、LED现实的、数码管距离显示模块和蜂鸣器，所述超声波传感器检测到距离信
号并传输给控制模块，所述控制模块根据所接受的信号分别控制LED现实的、数码管距离显
示模块和蜂鸣器的工作状态，所述超声波传感器包括超声波发射电路和超声波接收电路。
超声波发射电路包括NE555 24.5kHz方波振荡器，电平转换&功率放大模块和匹配
电路。超声波发射电路包括六反相器74HCO4、贴片电容C21、贴片电容C22、电阻R8、电阻R9，
扬声器LS1和电源VCC，U5A的1脚和上一级的输入相连，U5A的2脚与U5B的3脚相连，U5C的5脚
和U5D的9脚都与U5B的4脚相连，U5C的6脚和U5D的8脚与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一
端与电源VCC相连，U5C的6脚和U5D的8脚与贴片电容C21的一端相连，贴片电容C21的另一端
与扬声器LS1一端相连。U5A的2脚与U5E的11脚和U5F的13脚相连，U5E的10和U5F的12脚与电
阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与电源VCC相连，U5E的10和U5F的12脚与贴片电容C22的
一端相连，贴片电容C22的另一端与扬声器LS1另一端相连。
超声波接收电路包括超声波接收专用芯片CX20106、晶体三极管2N2222、电阻R5、
电阻R6、电阻R7、电阻R18、电阻R19、贴片电容C17、贴片电容C18、贴片电容C20、电解电容C19
和电源VCC，晶体三极管2N2222的2脚与地相连，3脚与电阻R18一端相连，电阻R18另一端与
电源VCC相连，CX20106的7脚一端和电阻R19相连，电阻R19的另一端与晶体三极管2N2222的
1脚相连，CX20106与电阻R7的一端相连，R7的另一端分别与贴片电容C20的一端相连和电源
VCC的一端相连，贴片电容C20的另一端与地相连，CX20106的8脚与电源VCC相连，CX20106的
5脚与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与电源VCC相连，CX20106的5脚与电阻R5的一端
相连，电阻R5的另一端与贴片电容C18的一端相连，贴片电容C18的另一端分别与地相连。
CX20106的3脚与电解电容C19的一端相连，电解电容的另一端与地相连，CX20106的4脚与地
相连，CX20106的6脚与贴片电容C17的一端相连，贴片电容的C17另一端与地相连。扬声器
LS2的一端与CX20106的1脚相连，另一端与地相连。
控制模块包含单片机以及晶振电路、复位电路、电源电路和外围电路，单片机的型
号为STC89C52。
晶振电路包括12MHZ晶振X1与贴片电容C7、贴片电容C8，X1的两端分别与贴片电容
C7、贴片电容C8相连，贴片电容C7、贴片电容C8的另一端与地相连。
复位电路包括电源VCC、电解电容C9和电阻R1，电解电容C9的一端与电源VCC相连，
电解电容C9的另一端与REST脚相连，电阻R1一端与地相连，另一端与REST相连。
电源电路包括电源VCC、三端正电源稳压电源U2、电解电容C1、电解电容C4、贴片电
容C2和贴片电容C3，U2的1脚分别与上一级电路的VBATT、电解电容C1、贴片电容C2的一端相
连，电解电容C1和贴片电容C2的另一端与地相连，U2的2脚与地相连，U2的3脚与电源VCC相
连，电解电容C4和贴片电容C3的一端与电源VCC相连，另一端与地相连。
距离显示电路包括单片机U1、电源VCC、驱动器/译码器U7、4位7段数码管U6、4个电
阻R19和4个电阻R20，U1的31脚与电源VCC相连，39脚与U7的7脚相连，U1的38脚与U7的1脚相
连，U7的37脚与U7的2脚相连，U7的36脚与U7的6脚相连，U7的16脚接电源VCC，U7的8脚接地，
U7的13、12、11、10、9、15、14脚分别与U6的11、4、4、2、1、10、5脚相连。U1的23脚输出Lamp，24
脚输出Bell，U1的25、26、27、28脚分别连接4个R19，4个R19另一端分别与4个三极管
T5Q2N2222相连，4个三极管T5Q2N2222第二端分别与4个R20相连、第三端分别接地，U6的6、
8、9、12脚分别与4个R20相连，4个R20另一端分别与电源VCC相连。
LED显示电路包括电源VCC，LED灯DS1，三极管T2，电阻R11、R12。T2的源极与电阻
R12的一端相连，电阻R12的另一端与LED灯DS1的一端相连，LED灯DS1的另一端与电源VCC相
连。T2的基极与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端与Lamp信号相连。T2的发射极与地相
连。
本发明的工作原理是：控制模块通过测距传感器测出船舶与障碍物的间隔距离，
并通过数码管显示出来。测距传感器再通过一定时间间隔测出两次船舶与障碍物的间隔距
离，从而计算出船舶与障碍物的靠近速度，利用靠近速度确定安全距离，当船舶与障碍物的
间隔距离小于安全距离时，提示船舶预警的蜂鸣器响。
如图2，所述的大量程超声波测距系统发射电路包括NE555 24.5kHz方波振荡器，
电平转换&功率放大模块，匹配电路。发射部分采用555多谐振荡电路产生的矩形脉冲作为
激励信号，只有当换能器处于谐振状态时，才能得到近似的正弦波输出。电平转换&功率放
大模块主要用于将选通信号与超声载波调制后的弱电压信号变换为可以驱动超声发射换
能器的强电压信号(峰-峰值约400V)。匹配电路是对超声波换能器进行阻抗匹配，使之在超
声频高压脉冲信号激励下发射超声频谐波信号，以提高发射能量，从而得到更强的回波信
号。
控制模块包含单片机以及晶振电路，复位电路，电源电路等外围电路。由于本系统
实现的功能并不复杂，对单片机在资源和实时性的要求并不高，同时基于经济性和能力的
考虑，采用大众化且经济性好的单片机即可，因此选取STC89C52单片机。
如图5，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程
Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多
嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，
512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定
时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操
作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串
口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，
直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选[5].
主要性能参数[6]：
1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代
码完全兼容传统8051；
2.工作电压：5.5V～3.3V(5V单片机)/3.8V～2.0V(3V单片机)；
3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达
48MHz；
4.用户应用程序空间为8K字节；
5.片上集成512字节RAM；
6.通用I/O口(32个)，复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开
路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；
7.ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器，
可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片；
8.具有EEPROM功能；
9.具有看门狗功能；
10.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2；
11.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断
低电平触发中断方式唤醒；
12.通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个UART；
13.工作温度范围：-40～+85℃(工业级)/0～75℃(商业级)；
14.PDIP封装。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在
不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包
含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当
将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。