2022年超声波测距仪制作与电路设计方案分析.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用超声波测距仪的制作与电路设计分析 常规器件）发布 : 2022-6-19 17:08 | 作者: wang1jin | 来源 : 网络 | 查看: 43 次这里介绍一款国外的不使用 单片机 的 超声波测距仪 ；本超声波测距仪通过测量超声波 发射 到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离；可以测量 0.35-10m 的距离；实物图如下：原理 图如下：名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一、 电路原理 1 超声波发射电路

2、由两块 555 集成电路组成；IC1 x C = 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msec 1ms频率 40kHz ,占空比 50 的IC2 组成超声波载波信号发生器；由IC1 输出的脉冲信号掌握,输出脉冲,停止 64ms ；运算公式如下：条件 : RA =1.5K 、 RB=15K、 C=1000pF TL = 0.69 x RB x C = 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12= 10 secTH = 0.69 x RA + RB x C 名师归纳总结 = 0.69 x 16.5 x 103x 1000 x 10-12= 1

3、1 sec第 2 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用f = 1/TL + TH = 1/10.35 + 11.39 x 10-6 = 46.0 KHz IC3CD4069）组成超声波发射头 驱动 电路；2 超声波接收电路超声波接收头和 IC4 组成超声波信号的 检测 和放大；反射回来的超声波信号经 IC4 的 2 级放大1000 倍60dB）,第 1 级放大 100 倍40dB）,第 2 级放大 10 倍20dB）；由于一般的运算 放大器 需要正、负对称 电源 ,而该 装置 电源用的是单电源 /Ra + Rb

4、= 47K x 9V/1M + 47K = 0.4V 所以当 A 点IC5 的反相端）过来的脉冲信号电压高于 0.4V 时, B 点电压将由高电平 1 到低电平0 ；同时留意到在 IC5 的同相端接有电容 C11 和二极管 D3 ,这是用来防止误检测而设置的；在实际测量时,在测距仪的四周会有部分发出的超声波直接进入接收头而形成误检测；为防止这种情形发生,这里用 D3 直接引入检测脉冲来适当提高 IC5 比较器的门限转换电压,并且这个电压由 C11 保持一段时间,这样在超声波发射器发出检测脉冲时,由于 D3 的作用使 IC5 的门限转换电压也随之被提高,并且由于C11 的放电保持作用,可防止这时

5、由于检测脉冲自身的干扰而形成的误检测；由以上可知,当测量距离小到肯定程度时,由于 D3 及 C11 的防误检测作用,其近距离测量会受到影响；图示 参数 的最小测量距离在 40cm 左右；减小 C11 的容量,在环境温度为 20 时可做到 30cm 测量最短距离；此时其放电时间为 1.75ms；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用IC6 组成 R-S 触发器构成时间测量电路；可以看出,在发出检测脉冲时 ；电路频率设计在17.2kHz左右；这个频率是依据声波在环境温度为20 时的传播速度为 34

6、3.5m/s 确定的；我们知道在不同的环境温度下,声波的传播速度会有所转变,其关系为 v 331.5+0.6 t, 其中 v 的单位为 m/s,t 为环境温度,单位为；Temperature Speed of sound m/sec 名师归纳总结 -10 325.5 第 5 页,共 10 页0 331.5 10 337.5 20 343.5 30 349.5 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 40 355.5 个人资料整理仅限学习使用50 361.5 有关运算如下：测量距离为 1m 的物体时,声波的来回时间为：2m/343.5m/s=5.82ms；这时

7、计数器显示应为100 ,即 1m ,此时计数电路脉冲发生器的频率 f100/5.8210-3=17.18kHz；如电容 C 即C14 为 2200pF,此时电阻R = 1/2.2 x C x f = 1/2.2 x 2200 x 10-12 x 17.18 x 10 3 = 12K 由于在不同的环境温度下,声波的传播速度会不同,为适应不同环境温度下测量的需要,我们要求电阻 R具有肯定的调剂范畴,这里用 VR2,VR3 进行调剂,其中 VR2 为粗调电阻, VR3 为精调电阻；同样我们可以算出在不同温度下的计数脉冲频率值,如：温度为 46.5 时,f = 1/2.2 x C x R = 1/2.

8、2 x 2200 x 10-12 x 11.5 x 103 17.97KHz 环境温度为 1.5 时 f = 1/2.2 x C x R = 1/2.2 x 2200 x 10-12 x 12.5 x 103 = 16.53KHz 实际上,在不同环境温度下时,我们只要测试标准距离1m ,调剂计数电路脉冲发生器的频率 40 第 7 页,共 10 页Overpressure value dB 115 -64 10.0 rito . interval - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用三、印刷电路板四、调试 1 调整发射接收电路名师

9、归纳总结 把 IC1 从插座上拔下,并短接IC1 插座的 1 和 3 脚,这时 IC2 的 4 脚应为高电平,并会连续发出高第 8 页,共 10 页频载波信号,频率约为40KHz ,此时可用示波器监测IC4 的 1 脚信号；让超声波探头朝向一面墙,使发出的超声波返回而被接受器检测到,同时用示波器检测IC4 的 1 脚信号,渐渐调剂VR1 ,使 IC4 的 1 脚输出信号最大；断开 IC1 插座的 1 和 3 脚短接线并插上IC1 ,此时再用示波器监视IC4 的 1 脚信号,- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用应能看到超声波脉冲串

10、；2 调整误检测电路 通常该部分电路不需要调整,但假如发觉测量几 M 外的物体,电路始终显示为0.40 ,这说明该仪器受到自身发出的检测脉冲干扰；这时我们需检查或稍许增多 C11 的容量,说明第 1条线测得于 IC6 的第 1 脚,第 2 条线测得于 IC5 的 3 脚,第 3 条线测得于 IC4 的 1 脚,第 4 条线测得于 IC6 的 10 脚；3 调剂计数电路脉冲频率 让电路板垂直于墙面 1m 处,调剂 VR3 在中间位置,再调剂 VR2 使显示 1.00 ,但在环境温度转变时,一般需再次调剂 VR2 ,校准测距仪；4 关于短距离的测量 当我们将测距仪逐步靠近被测物体,最终读数显示在

11、34cm 左右；由于这个电路 C11 取值为 0.1uF ,由于防误检测电路的爱护作用,所以最小测试距离限制为 34cm 左右,如要进一步缩短测试距离,由前面分析可知,我们必需让发出的测试脉冲宽度更窄,同时减小防误检测电路 C11 的容量；但由于超声波发射器的输出功率有限,假如缩短测试脉冲时间,意味着减小了测试脉冲的输出功率,在测试距离增加时,会使反射回来的信号很弱,造成仪器在长距离测量时受到影响；5 关于长距离测量长距离测量由于各种因素的影响会困难一些；有几点测量时我们必需留意：1）被测目标必需垂直于超声波测距仪；2）被测目标表面必需平整；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3）测量时在超声波测距仪四周没有其他可反射超声波的物体；名师归纳总结 由于发射功率有限,测距仪无法测量10m外的物体；第 10 页,共 10 页- - - - - - -