超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計

1、超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計時間：2009062514:09:20來源：電子技術(shù)作者：株洲職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系王維斌O引言超聲波是一種頻率在20KHz以上的機械波，在空氣中的傳播速度約為340m／s(20C時)。超聲波可由超聲波傳感器產(chǎn)生，常用的超聲波傳感器兩大類：一類是采用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波，目前較為常用的是壓電式超聲波傳感器。由于超聲波具有易于定向發(fā)射，方向性好，強度好控制，對色彩、光照度不

2、敏感，反射率高等特點，因此被廣泛應(yīng)用于無損探傷，距離測量、距離開關(guān)、汽車倒車防撞、智能機器人等領(lǐng)域。1系統(tǒng)原理框圖本設(shè)計的整體框圖如圖1所示，主要由超聲波發(fā)射，超聲波接收與信號轉(zhuǎn)換，按鍵顯示電路與溫度傳感器電路組成。超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差T，然后求出距離S=CT／2，式中的C為超聲波波速。在常溫下，空氣中的聲速約為340m／s。由于超聲波也是一種聲波，其傳播速度C與溫度

3、有關(guān)，在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。因本系統(tǒng)測距精度要求很高，所以通過對溫度的檢測對超聲波的傳播速度加以校正。超聲波傳播速度確定后，只要測得超聲波往返的時間，如圖2所示，即可求得距離。這就是超聲波測距系統(tǒng)的基本原理。接收部分的電路由放大電路，帶通濾波電路以及信號變換電路組成。放大電路和帶通濾波電路如圖4所示。由于超聲波信號在空氣中傳播時受到很大程度的衰減，所以反射回的超聲波信號非常的微弱，不能直接送到后級電路進行

4、處理，必須將信號放大到足夠的幅度，才能使后級電路對它進行正確的處理。前置放大電路是由集成運放組成的自舉式同相交流放大電路，具有很高的輸入阻抗，C5，C6，C7為隔直電容，R5，R6，R7為偏置電阻，用來設(shè)置放大器的靜態(tài)工作點。帶通濾波器采用二階RC有源濾波器，用于消除超聲波傳播過程中受到的干擾信號的影響。該電路為二階壓控電壓源帶通濾波電路，圖中RW，C10組成低通濾波網(wǎng)絡(luò)，C9和R12組成高通濾波網(wǎng)絡(luò)，兩者串聯(lián)組成了帶通濾波電路。集成運

5、放和電阻R9，RlO一起組成同相比例放大器，為了使電路能夠穩(wěn)定工作，必須保證同相比例放大器的增益AV3，帶通濾波器的中心頻率ω0=40kHz，電路參數(shù)可通過AV=1R9／R10和ω0=1／R12C2(1／RW1／R13)確定。經(jīng)過帶通濾波后的信號經(jīng)專用儀表放大器AD620進行放大，然后送到信號變換電路，信號變換電路主要將接收到的包絡(luò)信號變換成單片機的中斷觸發(fā)信號。由包絡(luò)檢波電路，電壓比較器和RS觸發(fā)器組成。包絡(luò)檢波電路由二極管D3，電阻

6、R19，和電容C13組成。經(jīng)過包絡(luò)檢波得到的信號如圖6中的V2所示。電壓比較器由集成運放和電容電阻組成，為了消除發(fā)送探頭的干擾信號，我們將單片機P12輸出的信號加到電壓比較器的同相端，它的波形是250μs的高電平，和29750μs低電平的方波，通過二極管D3將P1.2和比較器的正向端隔離。當(dāng)P12輸出高電平時，通過二極管對電容C14充電，由于二極管是正向?qū)ǖ模猿潆姾芸欤?dāng)P12輸出為低電平時，二極管反向截止，電容通過電阻RW和R2