超聲波測距儀的設(shè)計(jì)與調(diào)試

——發(fā)射部分超聲波傳感器的檢測方式超聲波測距儀的總體設(shè)計(jì)方案超聲波發(fā)射電路基本原理實(shí)訓(xùn)2：超聲波發(fā)射電路的制作與調(diào)試超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!本系統(tǒng)中超聲波測距基本原理由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀、物位測量儀等。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。在本系統(tǒng)中，我們主要應(yīng)用的是反射式檢測方式。即超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波后就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s。即：s=340·t/2，這就是所謂的時(shí)間差測距法。

超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!超聲波測距儀的總體設(shè)計(jì)方案超聲波發(fā)射頭超聲波接收頭振蕩電路驅(qū)動(dòng)電路波形變換選頻放大中央控制處理單元顯示輸出報(bào)警執(zhí)行單元鍵盤控制電源部分發(fā)射電路接收電路控制部分電源部分超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!超聲波測距儀的總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射電路、接收電路、控制部分及電源四部分組成?？刂撇糠质且詥纹瑱C(jī)為核心的中央處理單元，除輸入/出模塊外，還設(shè)置了報(bào)警控制和執(zhí)行單元。單片機(jī)可以根據(jù)設(shè)定的工作方式，產(chǎn)生40kHz方波，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)生器發(fā)出一簇信號(hào)，與此同時(shí)，單片機(jī)開始計(jì)時(shí)。接收端經(jīng)選頻后將收到的微弱回波信號(hào)檢出，送信號(hào)放大電路放大，經(jīng)輸出比較產(chǎn)生脈沖輸出送單片機(jī)中斷端，單片機(jī)收到中斷信號(hào)后停止計(jì)時(shí)，從而計(jì)算出距離值送顯示，或作為報(bào)警和執(zhí)行單元?jiǎng)幼鞯囊罁?jù)，本系統(tǒng)可以滿足多領(lǐng)域的應(yīng)用。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源部分是將220V交流市電經(jīng)變壓、整流、濾波，再經(jīng)相關(guān)穩(wěn)壓電路輸出+5V，+12V,-12V等穩(wěn)定電壓輸出供傳感器工作。本系統(tǒng)中關(guān)鍵電路是超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路。后續(xù)課程針對(duì)這兩部分分別進(jìn)行重點(diǎn)論述。超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!基于555的超聲波發(fā)射電路振蕩電路部分驅(qū)動(dòng)電路部分Control超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!基于555的超聲波發(fā)射電路Control

f=1.44/[（R3+2R4+2VR1）C1]=40KHz9VVR1=？？IC2組成超聲波載波信號(hào)發(fā)生器。載波信號(hào)頻率40kHz，占空比約50％的脈沖。由IC1輸出的脈沖信號(hào)控制載波。超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!555時(shí)基振蕩電路工作原理555無穩(wěn)態(tài)工作模式的基本電路如圖所示。電路初次通電時(shí)，由于電容C1兩端電壓不能突變，555的2腳為低電平，555時(shí)基電路置位，即3腳輸出高電平，內(nèi)部放電晶體管截止，7腳被懸空，此時(shí)正電源VDD通過電阻R1、R2向電容C1充電，使C1兩端電壓不斷升高，約經(jīng)時(shí)間t1，C1兩端電壓即閾值端（6腳）電平升至2VDD/3時(shí)，555時(shí)基電路翻轉(zhuǎn)復(fù)位，3腳輸出低電平，同時(shí)內(nèi)部放電晶體管導(dǎo)通，7腳也為低電平，此時(shí)電容C1儲(chǔ)存電荷將通過R2向7腳放電，使C1兩端電壓即555的觸發(fā)端2腳電平不斷下降，約經(jīng)t2時(shí)間，電壓降至VDD/3時(shí)，555時(shí)基電路又翻轉(zhuǎn)置位，3腳又輸出高電平，7腳再次被懸空，正電源又通過R1,R2向C2充電，如此周而復(fù)始，電容C2不斷處于充電與放電狀態(tài)，電路引起振蕩，3腳將交替輸出高電平和低電平。超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!超聲波發(fā)射電路——基于CD4049的驅(qū)動(dòng)器

本電路采用CMOS六反相器CD4049構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，為了增大驅(qū)動(dòng)電流，可以采用CD4049中兩個(gè)甚至三個(gè)方向器并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)。為什么兩個(gè)反相器并聯(lián)就可以提高驅(qū)動(dòng)能力？答案：此電路結(jié)構(gòu)稱為橋式驅(qū)動(dòng)方式，由于傳感器具有高阻特性，其正常工作時(shí)需要一定的驅(qū)動(dòng)電流，而每個(gè)反相器的輸出電流（負(fù)載能力）是一定的。兩個(gè)并聯(lián)，輸出電流加倍，驅(qū)動(dòng)能力當(dāng)然提高啦！超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!實(shí)訓(xùn)2：超聲波發(fā)射電路的制作與調(diào)試實(shí)訓(xùn)目的：理解555振蕩電路的工作原理和調(diào)試技巧。理解CD4049驅(qū)動(dòng)電路的工作原理。實(shí)訓(xùn)條件：超聲波發(fā)射電路板及配套元件一套、超聲波接收電路板光板及接收頭，直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)，示波器一臺(tái)，直尺一把。超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!超聲波發(fā)射電路基本原理超聲波發(fā)射電路主要由振蕩電路、驅(qū)動(dòng)電路和超聲波發(fā)射頭組成。振蕩電路產(chǎn)生超聲波傳感器工作需要的40KHz頻率信號(hào)。由于超聲波振子也有約2000PF的電容，有充放電電流流通，因此，采用驅(qū)動(dòng)電路增大驅(qū)動(dòng)電流，有效驅(qū)動(dòng)超聲波振子發(fā)送超聲波。即使用方波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由于振子的諧振作用，也變?yōu)檎也ㄟM(jìn)行發(fā)送。本系統(tǒng)的振蕩電路可以采用兩種方案：一種是利用555產(chǎn)生幅度和占空比可調(diào)的40KHz方波信號(hào)。另一種是利用單片機(jī)產(chǎn)生幅度和占空比可調(diào)的40KHz方波信號(hào)。超聲波發(fā)射頭振蕩電路驅(qū)動(dòng)電路超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!基于555的超聲波發(fā)射電路振蕩電路部分TH=0.7（R1+R2）C1*****TL=0.7*R2*C1*******T=0.7（R1+2R2）C1*******9V超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!555時(shí)基電路基本特性引腳低觸發(fā)端（2腳）高觸發(fā)端（6腳）強(qiáng)制復(fù)位端（4腳）輸出端（3腳）放電端（7腳）電平高低≤VDD/3任意高高（置位）懸空（置位）電平高低＞VDD/3≥2VDD/3高低（復(fù)位）低（復(fù)位）電平高低＞VDD/3＜2VDD/3高維持原電平不變與3腳相同電平高低任意任意低（≤0.4V）低低超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!555時(shí)基振蕩電路工作原理

555時(shí)基振蕩電路輸出振蕩信號(hào)的頻率為：輸出脈沖占空比為：實(shí)訓(xùn)：如何設(shè)計(jì)一個(gè)555時(shí)基電路實(shí)現(xiàn)輸出頻率f為20K，占空比為60%的方波信號(hào)？超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!超聲波發(fā)射電路——基于CD4049的驅(qū)動(dòng)器問題：左圖的驅(qū)動(dòng)方式是否合理，它與前續(xù)推薦的電路圖有何不同？超聲波測距—發(fā)射部分11y共15頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!實(shí)訓(xùn)2：超聲波發(fā)射電路的制作與調(diào)試步驟：1.焊接電路2.觀察記錄