超聲波測(cè)距儀的制作
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時(shí)間：2017-01-09
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原理圖如下：
一、電路原理
1 超聲波發(fā)射電路
由兩塊555集成電路組成。IC1（555）組成超聲波脈沖信號(hào)發(fā)生器，工作周期計(jì)算公式如下，實(shí)際電路中由于元器件等誤差，會(huì)有一些差別。
條件: RA =9.1MΩ、 RB=150KΩ、 C=0.01μF
TL = 0.69 x RB x C
= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6= 1 msec
TH = 0.69 x (RA + RB) x C
= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6= 64 msec
IC2組成超聲波載波信號(hào)發(fā)生器。由IC1輸出的脈沖信號(hào)控制，輸出1ms頻率40kHz，占空比50％的脈沖，停止64ms。計(jì)算公式如下：
條件: RA =1.5KΩ、 RB=15KΩ、 C=1000pF
TL = 0.69 x RB x C
= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12= 10μsec
TH = 0.69 x (RA + RB) x C
= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12= 11μsec
f = 1/(TL + TH)
= 1/((10.35 + 11.39) x 10-6)= 46.0 KHz
IC3（CD4069）組成超聲波發(fā)射頭驅(qū)動(dòng)電路。
2 超聲波接收電路
超聲波接收頭和IC4組成超聲波信號(hào)的檢測(cè)和放大。反射回來(lái)的超聲波信號(hào)經(jīng)IC4的2級(jí)放大1000倍（60dB），第1級(jí)放大100倍（40dB），第2級(jí)放大10倍（20dB）。 由于一般的運(yùn)算放大器需要正、負(fù)對(duì)稱(chēng)電源，而該裝置電源用的是單電源（9V）供電，為保證其可靠工作，這里用R10和R11進(jìn)行分壓，這時(shí)在IC4的同相端有4.5V的中點(diǎn)電壓，這樣可以保證放大的交流信號(hào)的質(zhì)量，不至于產(chǎn)生信號(hào)失真。
C9、D1、D2、C10組成的倍壓檢波電路取出反射回來(lái)的檢測(cè)脈沖信號(hào)送至IC5進(jìn)行處理。
IC5、IC6、IC7、IC8、IC9組成信號(hào)比較、測(cè)量、計(jì)數(shù)和顯示電路，即比較和測(cè)量從發(fā)出的檢測(cè)脈沖和該脈沖被反射回來(lái)的時(shí)間差。它是超聲波測(cè)距電路的核心，下面分析其工作原理。
由Ra、Rb、IC5組成信號(hào)比較器。其中
Vrf = (Rb x Vcc)/(Ra + Rb)= (47KΩ x 9V)/(1MΩ + 47KΩ)= 0.4V
所以當(dāng)A點(diǎn)（IC5的反相端）過(guò)來(lái)的脈沖信號(hào)電壓高于0.4V時(shí)，B點(diǎn)電壓將由高電平"1"到低電平"0"。同時(shí)注意到在IC5的同相端接有電容C11和二極管D3，這是用來(lái)防止誤檢測(cè)而設(shè)置的。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，在測(cè)距儀的周?chē)鷷?huì)有部分發(fā)出的超聲波直接進(jìn)入接收頭而形成誤檢測(cè)。為避免這種情況發(fā)生，這里用D3直接引入檢測(cè)脈沖來(lái)適當(dāng)提高IC5比較器的門(mén)限轉(zhuǎn)換電壓，并且這個(gè)電壓由C11保持一段時(shí)間，這樣在超聲波發(fā)射器發(fā)出檢測(cè)脈沖時(shí)，由于D3的作用使IC5的門(mén)限轉(zhuǎn)換電壓也隨之被提高，并且由于C11的放電保持作用，可防止這時(shí)由于檢測(cè)脈沖自身的干擾而形成的誤檢測(cè)。由以上可知，當(dāng)測(cè)量距離小到一定程度時(shí)，由于D3及C11的防誤檢測(cè)作用，其近距離測(cè)量會(huì)受到影響。圖示參數(shù)的最小測(cè)量距離在40cm左右。減小C11的容量，在環(huán)境溫度為20 時(shí)可做到30cm測(cè)量最短距離。此時(shí)其放電時(shí)間為1.75ms。
評(píng)論