超聲波測距電路設(shè)計(jì)(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上超聲波測距電路設(shè)計(jì)賈 強(qiáng)天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院 摘要：我們利用超聲波特有的性質(zhì)制造出了超聲波傳感器，超聲波傳感器在測量、控制技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波測距電路廣泛用于物位（液位）高低測量、車輛倒車防撞報(bào)警、聲納系統(tǒng)等方面。本文設(shè)計(jì)了兩例超聲波測距電路。關(guān)鍵詞：超聲波測距、LM324、LM358、與非門一、前言超聲波傳感器一般采用壓電元件制造，通常是把一塊壓電晶片做在金屬片上或把兩塊壓電晶片做在一起，壓電晶片接收到超聲波時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)而輸出電信號。它是利用壓電效應(yīng)的原理使電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換為超聲波發(fā)射；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲波轉(zhuǎn)換

2、成電信號。超聲波傳感器習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭，通常有超聲波發(fā)送器和超聲波接收器兩種，但有的超聲波傳感器既具有發(fā)送聲波的作用，又具有接收聲波的作用。二、超聲波測距電路設(shè)計(jì)（一）超聲波測距電路之一1、元器件的選擇（1）LM324LM324系列是由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器組成。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四運(yùn)算放大器可以工作在低到3V或者高至32V的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端

3、，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中，Vi-(-)為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。（2）CD4011集成電路CD4011是一個(gè)包含4個(gè)與非門的CMOS電路，每個(gè)與非門有2個(gè)輸入端一個(gè)輸出端。當(dāng)兩輸入端有一個(gè)輸入為0，輸出就為0。只有當(dāng)輸入均為1時(shí)，輸出才為1。2、電路設(shè)計(jì)圖1 超聲波測距電路（1）3、電路分析在圖1所示的電路中，與非門F1、F2與超聲波傳感器構(gòu)成40KH振蕩，F(xiàn)3構(gòu)成低頻振蕩，周期約為20ms，即每20ms打開一次與非門F4，F(xiàn)4輸出一串40KH的

4、脈沖串，脈沖串經(jīng)過VT1、VT2脈沖放大后通過匹配變壓器B驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射/接收共用探頭S2發(fā)射出超聲波。在發(fā)射完成（發(fā)射停止期間）后，S2接收已經(jīng)發(fā)射并經(jīng)物體反射回來的超聲波，VT3對其進(jìn)行放大，并經(jīng)F5、F6帶通濾波，以及VD2、VD3整流后在C上得到直流電壓，VT4輸出的低電平可作為電子開關(guān)信號。（二）超聲波測距電路之二1、元器件的選擇（1）IN4148IN4148是一種小型的高速開關(guān)，開關(guān)動(dòng)作比較迅速，廣泛應(yīng)用于信號頻率較高的電路，進(jìn)行單向?qū)ǜ綦x。廣泛應(yīng)用于通訊、電腦電路板、電視機(jī)電路以及工業(yè)控制電路。(2)LM358LM358是雙運(yùn)算的集成運(yùn)算放大器。內(nèi)部包含有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益的、

5、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)模m合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也可用于雙電源工作模式。在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的運(yùn)算放大器的場合。(3)IN4148IN4148是一種小型的高速開關(guān)，開關(guān)比較迅速，廣泛用于信號頻率較高的電路進(jìn)行單向?qū)ǜ綦x，通訊、電腦板、電視機(jī)電路及工業(yè)控制電路。2、電路設(shè)計(jì)圖2 超聲波測距電路（2）3、電路分析在圖2所示的電路中，與非門F5和與非門F6構(gòu)成40KH的振蕩；與非門F3、F4構(gòu)成低頻振蕩器，周期約為20ms，每20ms輸出一個(gè)0.2ms的高電平，即每20ms打開一次與非門F2，打開與非門F7

6、約為時(shí)間0.2ms，F(xiàn)2輸出一串40KH的脈沖串，經(jīng)過F1、二極管VD1、二極管VD2驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射/接收共用探頭S發(fā)射出超聲波。在發(fā)射超聲波期間，即F2開門期間，F(xiàn)7輸出低電平、F8輸出高電平；這時(shí)，S上的發(fā)射信號一部分通過C耦合到A1并被放大，但信號輸出幅度經(jīng)過VD3、VD4整流后不會(huì)超過A2（+）端電位，輸出V保持不變，即發(fā)射期間停止輸出信號。發(fā)射停止期間，被物體反射回來的的超聲波由S接收，送A1放大、經(jīng)過VD3、VD4整流后在C上形成直流電壓，電壓幅度的大小取決于反射超聲波的強(qiáng)度，即物體距S的距離；由于在發(fā)射停止期間，F(xiàn)2、F7為關(guān)門狀態(tài)，F(xiàn)7輸出高電平、F8輸出低電平，A2（+）端為零電位。因此，A2直接輸出測距電壓。三、參考文獻(xiàn)1 單成祥.傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用M. 北京：國防工業(yè)出版社，19992 李瑜芳.傳感技術(shù)M. 成都：電子科技大學(xué)出版社，19993 楊幫文.最新傳感器使用手冊M. 北京：人民郵電出版社，20044 陳裕泉，葛文勛.現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用M. 北京：科學(xué)出版社，20075 楊帆.傳感器技術(shù)M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20086 陳書旺，張秀清，董建彬.傳感器應(yīng)用及電路設(shè)計(jì)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20087 夏銀橋，吳亮，李莫.傳感器技術(shù)及應(yīng)用M. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，201