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1、精选优质文档-倾情为你奉上超声波测距电路设计贾 强天津现代职业技术学院 摘要:我们利用超声波特有的性质制造出了超声波传感器,超声波传感器在测量、控制技术中得到了广泛的应用。超声波测距电路广泛用于物位(液位)高低测量、车辆倒车防撞报警、声纳系统等方面。本文设计了两例超声波测距电路。关键词:超声波测距、LM324、LM358、与非门一、前言超声波传感器一般采用压电元件制造,通常是把一块压电晶片做在金属片上或把两块压电晶片做在一起,压电晶片接收到超声波时产生振动而输出电信号。它是利用压电效应的原理使电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换为超声波发射;而在收到回波的时候,则将超声波转换
2、成电信号。超声波传感器习惯上称为超声波换能器或超声波探头,通常有超声波发送器和超声波接收器两种,但有的超声波传感器既具有发送声波的作用,又具有接收声波的作用。二、超声波测距电路设计(一)超声波测距电路之一1、元器件的选择(1)LM324LM324系列是由四个独立的,高增益,内部频率补偿运算放大器组成。与单电源应用场合的标准运算放大器相比,它们有一些显著优点。该四运算放大器可以工作在低到3V或者高至32V的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源,因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端
3、,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。(2)CD4011集成电路CD4011是一个包含4个与非门的CMOS电路,每个与非门有2个输入端一个输出端。当两输入端有一个输入为0,输出就为0。只有当输入均为1时,输出才为1。2、电路设计图1 超声波测距电路(1)3、电路分析在图1所示的电路中,与非门F1、F2与超声波传感器构成40KH振荡,F3构成低频振荡,周期约为20ms,即每20ms打开一次与非门F4,F4输出一串40KH的
4、脉冲串,脉冲串经过VT1、VT2脉冲放大后通过匹配变压器B驱动超声波发射/接收共用探头S2发射出超声波。在发射完成(发射停止期间)后,S2接收已经发射并经物体反射回来的超声波,VT3对其进行放大,并经F5、F6带通滤波,以及VD2、VD3整流后在C上得到直流电压,VT4输出的低电平可作为电子开关信号。(二)超声波测距电路之二1、元器件的选择(1)IN4148IN4148是一种小型的高速开关,开关动作比较迅速,广泛应用于信号频率较高的电路,进行单向导通隔离。广泛应用于通讯、电脑电路板、电视机电路以及工业控制电路。(2)LM358LM358是双运算的集成运算放大器。内部包含有两个独立的、高增益的、
5、内部频率补偿的,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也可用于双电源工作模式。在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的运算放大器的场合。(3)IN4148IN4148是一种小型的高速开关,开关比较迅速,广泛用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离,通讯、电脑板、电视机电路及工业控制电路。2、电路设计图2 超声波测距电路(2)3、电路分析在图2所示的电路中,与非门F5和与非门F6构成40KH的振荡;与非门F3、F4构成低频振荡器,周期约为20ms,每20ms输出一个0.2ms的高电平,即每20ms打开一次与非门F2,打开与非门F7
6、约为时间0.2ms,F2输出一串40KH的脉冲串,经过F1、二极管VD1、二极管VD2驱动超声波发射/接收共用探头S发射出超声波。在发射超声波期间,即F2开门期间,F7输出低电平、F8输出高电平;这时,S上的发射信号一部分通过C耦合到A1并被放大,但信号输出幅度经过VD3、VD4整流后不会超过A2(+)端电位,输出V保持不变,即发射期间停止输出信号。发射停止期间,被物体反射回来的的超声波由S接收,送A1放大、经过VD3、VD4整流后在C上形成直流电压,电压幅度的大小取决于反射超声波的强度,即物体距S的距离;由于在发射停止期间,F2、F7为关门状态,F7输出高电平、F8输出低电平,A2(+)端为零电位。因此,A2直接输出测距电压。三、参考文献1 单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用M. 北京:国防工业出版社,19992 李瑜芳.传感技术M. 成都:电子科技大学出版社,19993 杨帮文.最新传感器使用手册M. 北京:人民邮电出版社,20044 陈裕泉,葛文勋.现代传感器原理及应用M. 北京:科学出版社,20075 杨帆.传感器技术M. 西安:西安电子科技大学出版社,20086 陈书旺,张秀清,董建彬.传感器应用及电路设计M. 北京:化学工业出版社,20087 夏银桥,吴亮,李莫.传感器技术及应用M. 武汉:华中科技大学出版社,201
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