工作任务4-2超声波传感器电子课件 中职 传感器技术及应用 （）.ppt

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1、工作任务4-2超声波传感器电子课件 中职 传感器技术及应用（高教版）之二之二 超声波传感器超声波传感器 声电效应是指声音传输到物体上，能够产生电（流）效应的作用。一般来说声音强度越强，产生电流越大。除利用一些电磁现象外，压电陶瓷和特殊而半导体材料也是产生声电效应的最好的器件。同样，振动传输到物体上，一些物体同样能够产生电（流）效应，如压电陶瓷等。任务描述任务描述 无论是声音或是振动，它只是作为传感器的能源，这能量由能源物体（声源或掁源）转换成机械能，再由传感器转换成电能。所以声电和振动类传感器电路是由声源或掁源、能量（机械能）转换器件和控制电路组成的，如下图所示。任务条件任务条件 声电和振动类

2、传感器电路是以声电和振动类传感器为核心的测量、控制及应用电路，正确选择声电和振动类传感器是实现声电和振动类测量和控制的关键。由于声电和振动类传感器已经把声源（掁源）能转换为电能信息，所以除了声电和振动类传感器，驱动电路是必需的电路。执行机构是终端，它可以采用不同的执行方式模式，一般是光、电、声、机械模式。频率高于20kHz的声音称之为超声波，超声波具有方向性好，易于获得较集中的声能，穿透能力强，在水中传播距离远，并且具有空化作用。超声波传感器常可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上均有很多的应用。电路图如下图。1.超声波传感器倒车雷达防撞报警电路超声波传感器

3、倒车雷达防撞报警电路超声波传感器倒车雷达防撞报警电路线路板如下图。安装电路注意事项安装电路注意事项 （1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；注意调整电位器RP1、RP2；（3）特别检查超声波发射和接收传感器的质量，它是电路工作和功能实现的关键；安装电路注意事项安装电路注意事项 （4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路组

4、成和功能作用 超声波传感器倒车雷达防撞报警电路有IC2AT89S52、键盘S1S5、驱动三极管VT3VT6及数码显示管DS1组成了单片机及显示电路，IC374LS04、超声波发射器LS1及外围元器件组成了超声波发射电路，IC1CX20106A、超声波接收器LS2及外围元器件组成了超声波接收电路，IC4NE555及外围元器件、VT79012及蜂呜器LS3组成防撞报警电路。电路正确连接后，接通电源，按一下微动按钮S5，数码显示管DS1显示0000。按一下微动按钮S4，电机MG1转动并带动转盘（遮断器）转动，数码显示管DS1显示数字，再按一下S4，电机MG1停转，电路复位。在按一下微动按钮S4后，按

5、一下微动按钮S3，电机MG1转动加快并带动转盘（遮断器）转动，数码显示管DS1显示数字，此时显示的数字增大。可按微动按钮S3三次（三档），第四次按动S3时，电机MG1停转，电路复位。在按一下微动按钮S4后，按一下微动按钮S2，电机MG1转速减慢并带动转盘（遮断器）转动减慢，数码显示管DS1显示数字减少。再按一下微动按钮K2，电机MG1停转，电路复位。按一下微动按钮S1，电机MG1倒转并带动转盘（遮断器）转动，此时为汽车倒车。用障碍物放在离开超声发生器LS1和超声接收器LS2一定距离的位置上，数码显示管DS1显示数字，此时显示的数字为障碍物与LS1和LS2的距离（相当于汽车与障碍物的距离，单位为

6、厘米），如果障碍物距离变动，数码显示管DS1显示数字也随之变化。当距离等于20厘米时，电机MG1自动停转。或在大于20厘米时再按一下微动按钮S1，电机MG1停转，电路复位。电路工作过程电路工作过程 倒车电路原理：倒车电路包括超声波发射电路、超声波接收电路、提示音发生器、单片机电路、显示电路和电源电路。按下微动按钮S1，由单片机IC2的“7”脚输出一串脉冲信号，该信号送到IC6P521的输入端，改变IC6的输出电阻，使原来由VT10、11，VT8、9，VT12、13组成的直流电机MG1桥式驱动电路在直流电机MG1两端产生电位差，电机MG1被驱动为反转。也即汽车在倒车。在按下微动按钮S1时，并由单

7、片机IC3产生40kHz的方波信号从IC2的“14”脚送出，经开关S7电阻R20到IC2的“9”脚后在IC2内进行推挽放大，由LS1超声波发生器产生40kHz的超声波发射出去。经障碍物反射后的超声波，由LS2超声波接收器接收，送入集成块IC1的“1”脚，该信号为正弦波信号。由于倒车的距离不断变化，所以IC1内部设置了自动增益控制AGC，以保持信号不会因倒车距离变化而出现强弱变化，正弦波信号在IC1内部进行整形后，由IC1的“7”脚输出，经延时（信号由发射障碍物反射接收的时间）后的信号，经电阻R26和开关S8送回单片机IC3的“12”脚，由单片机IC3内部与原送出的信号进行比较计算，并把计算的结

8、果送到显示电路显示出汽车在倒车时与障碍物之间的距离。当倒车与障碍物的距离等于20厘米时，单片机IC3发出指令，让汽车停止倒车，电路复位。由于电路采用节电措施，只有在倒车时，由单片机IC3的“6”脚输出一信号，经R27给复合管VT1和VT2提供导通信号，使继电器JK1吸合，才给超声波接收电路、提示音发生器提供VCC电源。所以在倒车开始，提示音发生器的集成块IC4与外围元器件组成的振荡电路起振，产生信号供三极管VT7放大，由蜂呜器LS3发出提示音，提醒驾车人士。调节可调电阻RP2，可改变提示音的声音大小。测速（前进）电路工作过程：测速电路包括直流电机控制电路、转速检测电路、单片机、显示电路和电源电

9、路。按下微动开关S4，由单机IC3的“5”脚输出一信号，经R46使三极管VT14导通，使继电器JK2吸合，电源+12V经继电器JK2触点作VDD输出，同时给直流电机控制电路提供VDD和VCC电源；单片机IC3的“8”脚输出一串脉冲信号，该信号送到IC7的输入端，改变IC7的输出电阻，使原来由VT11、12，VT8、9，VT10、11组成的直流电机MG1桥式驱动电路在直流电机MG1两端产生电位差，电机MG1被驱动为正转。电机MG1 带动安装在电机上的转盘转动，由于转盘装在光电开关器IC6槽中，且转盘中带有小孔，转盘在转动过程中，IC6一端发出的光线穿过小孔，光线间歇通过并送到IC6的另一端，使光

10、电开关器IC6输出一串脉冲并送回单片机IC3的“13”脚，由单片机IC3进行计数，并由数码显示管DS1直接显示数字，该显示数字为电机MG1的转速。如果此时按一下微动开关S3，则改变了由IC3“8”脚输出的脉冲信号的占空比，也改变了IC7的输出电阻，使电机MG1两端的电位差更大，电机MG1转速加快，数码显示管DS1显示的数字增大。如果再按一下S3，根据以上所说原理，电机MG1转速更快，数码显示管DS1显示的数字更大。如果按一下微动开关S2，改变了由IC3的“8”脚输出的一串脉冲信号的占空比，也改变了IC7的输出电阻，但使电机MG1两端的电位差变小，电机MG1转速减慢，数码显示管DS1显示的数字减

11、小。按S4、S3、S2任何一个微动开关，由单片机IC3发出指令，使电机MG1停转，电路复位。单片机电路、显示电路与电源电路工作过程：单片机电路是由芯片IC3为核心及相关元器件组成，构成了汽车测速及倒车提示电路的中央控制电路，根据电路功能需要，赋予芯片IC3相应程序。显示电路由单片机IC3、数码显示管DS1及外围相关元器件组成，对微动按钮S1S5的按动发出相应的指令，通过相关程序，让各电路按程序进行工作。另外也把相关指令送达数码显示管DS1，让数码显示管DS1显示数字。外接+12V电源，经过IC8后，输出+5V的VCC电源，提供给单片机IC3获得+5V后待命所需电源。只有在进行倒车或测速（前进）

12、时，通过单片机IC3的“5”脚输出一信号，经R46使三极管VT14导通，使继电器JK2吸合，红色发光二极管LED2点亮，电源+12V经继电器JK2触点作VDD输出，给直流电机控制电路提供VDD电源。而且只有在倒车时，由单片机IC3的“6”脚输出一信号，经R27给复合管VT1和VT2提供导通信号，使继电器JK1吸合，才给超声波接收电路、提示音发生器提供VCC电源，绿色发光二极管LED1点亮。人们听到的声音是由物体振动产生的，其频率在2020kHz范围内。超过20kHz频率的振动产生的波为超声波。超声波传感器就是把超声波转换成电信号或把电信号转换成超声波。超声波传感器可分为敞开型和密封型两种，主要

13、是结构上有些差异。下面主要讨论的是敞开型超声波传感器。超声波传感器符号与标称超声波传感器符号与标称 超声波传感器可分为发送部件及接收部件，均可用如图符号表示。一般表示超声波传感器的标称为T/R40XX 其中：T表示发送器。R表示接收器。40表示工作频率为40kHz。XX表示它们的外径尺寸，单位为mm。超声波传感器结构与原理超声波传感器结构与原理 敞开型超声波传感器的结构和驻极体传声器结构和实物如图所示。（a）发送部件（b）接收部件敞开型超声波传感器发送部件与接收部件的内部结构超声波传感器实物图 当有40kHz的脉冲电信号从发送器的两脚输入时，通过激励级换能器处理以后，将其转换成机械振动的能量，

14、其振动频率在20kHz以上，由此产生超声波。该信号经锥形“辐射口”处将超声波信号向外部空间发射出去。当发射出去的超声波信号遇到障碍物，立即被反射回来。接收器接收到反射回来的超声波信号后，经过内部转能，将超声波变成微弱的电振荡，并将信号进行放大从而得到所要的控制信号。利用该控制信号，可进行各种控制，如报警、测量、自控等。在收、发分体的超声波传感器系统中，发送传感器的共振频率要与接收传感器的反共振频率相匹配。超声波传感器常用的基本方法有3类，透射型、分离式反射型和反射型。如图所示为超声波传感器的基本应用方式。透射型：适用于遥控器、防盗报警器、自动门、接近开关等。分离式反射型：适用于测距，液位或物料

15、的检测。反射型：适用于材料的探伤，测厚等，也可用于医学扫描成像。超声波传感器基本参数超声波传感器基本参数 工作频率：就是超声波传感器压电晶体的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶体片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。工作温度：可以长时间地工作而不失效的最高温度称为工作温度，由压电晶体材料的居里点决定。灵敏度：是表示压电晶体对超声波信号响应的敏感程度，主要取决于制造压电晶片本身的机电耦合系数，机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。带宽：超声波传感器在偏离工作中心频率的规定频带宽度仍能正常工作，此时的频带宽度为超声波的带宽。超声波传感器检测超声波传感器检测 应用万用表对超声波传感器进行量度，不论是发送器或接收器均应是电阻为无穷大，如果电阻低于几十M，基本已经不能使用。由于一些超声波传感器是发送部分和接收部分分开，所以在使用前必须要进行区分，不能弄错，否则电路不能工作。区分的依据是在超声波传感器上印有的型号符号，其中：T表示发送器；R表示接收器。1.超声波传感器有什么特点和作用？2.如何判别超声波传感器的质量？3.你已经做过超声波传感器相关电路的产品吗？功能效果如何？试简述一下电路的工作过程和传感器性能作用。