基于超聲波傳感器的障礙物檢測課程設計報告

基于超聲波傳感器的障礙物檢指導老師提供的設計題目和要求1、設計題目：基于超聲波傳感器的障[1]設計電路包括超聲波發(fā)射電路、超本次仿真實驗設計電路包括超聲波發(fā)射電路、超聲波回波接收電路兩部分。超聲波發(fā)射電路包括升壓激勵模塊。超聲波回波接收電路包括一階低通濾弦波信號時，超聲波回波接收電路輸出端能輸出電平信號。當在超聲波回波接收電路輸入端輸入低電平信號時，超聲波回波接收電路輸出端能輸出高電平信二、相關電路概述及原理簡介超聲波發(fā)射與回波接收電路的主要作用是提高驅動超聲波傳感器的脈沖電壓幅值，有效地進行電／聲轉換，增大超聲波的發(fā)射距離，并通過收發(fā)一體的超聲波傳感器將返回的超聲波轉變成微弱的電信號。超聲波發(fā)射與回波接近，應采用超聲波專用的脈沖變壓器。反射回的超聲波經(jīng)原收發(fā)一體封閉型超R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩電路周而復始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩(wěn)態(tài)的維持時間取..發(fā)器又發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到了一個周期性的方波，其頻諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為T及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC/3和2VCC/3。本次仿實驗中我們將兩個多諧振蕩器連接起來，前一個振蕩器的輸出接到后一個振蕩器的復位端，后一個振蕩器的輸出接到揚聲器上。這樣，只有當前一個振蕩器輸出高導致后面振蕩器復位并停止震蕩,此時揚聲器無音頻輸出。因此從揚聲器中聽到接地，而是外加一個可變的電壓源，則通過調節(jié)該電壓源的值，可以改變定時器觸發(fā)電位和閥值電位的大小。外加電壓越大，振蕩器輸出脈沖周期越大，即頻率越低；外加電壓越小，振蕩器輸出脈沖周期越小，即頻率越高。這樣，多諧振蕩器就實現(xiàn)了將輸入電壓大小轉換成輸出頻率高低的電壓—頻率轉換器的濾波器的工作原理是當信號與噪聲分布在不同的頻帶中時，利用濾波器對不同頻率信號有不同的衰減特點，從頻率域實現(xiàn)信號分離。本次試驗中采用無限增益多路反饋型濾波電路，它是一個由賦以多路反饋的理論上具有無限增益的運算放大器構成的濾波電路。圖2所示分別是一階有源低通濾波器和由單一運算放大器構成的無限增益多路反饋二階低通濾波電路的基本結構。無限增益三、超聲波傳感器的障礙物檢測電路設計思路根據(jù)超聲波傳感器相關資料我們了解到，超聲波傳感器的工作電壓是在際超聲波傳感器工作需要。由于超聲波傳感器是收發(fā)兩用傳感器，因此在發(fā)出超聲波的同時也會接收到一個60mV~2V左右的信號作為反信號幅值較小同時包含噪聲，我們需要首先對其濾波放大。其次，由于設計需要，我們需要將該信號轉變?yōu)榻品讲ㄐ盘枴Ｒ虼?，我們設計的超聲波發(fā)射電Vmin=0V的方波信號時，超聲波發(fā)射電路通過變壓器升壓使輸出端能輸出信號時，在另外的超聲波回波電路輸入端會接收到一個VPP=60mV~2V，正弦波信號時，我們利用兩級低通濾波器進行濾波，得到所需要的波段。然后利用比較器進行二值化處理，當在超聲波回波接收電路輸入端輸入低電平信號0~5V的方波，并通過變壓器升壓激勵模塊將方波升壓為100V~150V，超聲波回波接收電路包括一級有源低通濾波電路、無限增益多路反饋二階低通濾波器、回波二值化電路組成。當在超聲波回波接收電路輸入端輸出能輸出電平信號。當在超聲波回波接收電路輸入端輸入低電平信號時，超聲波在超聲波回波接收電路中，本次仿真我們應用了一個一階有源低通濾波器和兩個無限增益多路反饋二階低通濾波器進行信號的濾波，將第一級低通濾波器的轉折頻率取為41khz而第二級為39khz，通過兩級濾波最終獲得是在反向輸入端接入一個比較基準電壓，通過電阻分壓后得到基準電壓。然后利用濾波后的信號與其相比較，大于基準值輸出為負值，小于基準值輸出為正為了能夠更好的達到實驗效果，我們借鑒資料設計了基于帶通濾波器的超為了使我們所設計的電路更具有可觀性，我們也利用課堂上學到的發(fā)生電路中的仿真我們可以看到有失真。通過調節(jié)滑動變阻器的數(shù)值，我們可調節(jié)的更加平滑，用以滿足我們所需的實驗效果。通過進一步的探索我們可以波信號，在本次仿真實驗中，我們用虛擬儀器模擬輸入一個滿足實驗要求的正在二值化電路通過節(jié)點示波器采樣得到的信號圖（如下圖所示），我們可由輸入正弦波信號源信號與上圖信號比較我們可以看出，當在超聲波回波接收電路輸入端輸入低電平信號時，超聲波回波接收電路輸出端能輸出高電平一個器件的性能都會影響到總體結果的準確性，例如元件參數(shù)隨外界條件的變化而變化可能會導致系統(tǒng)的誤差。而系統(tǒng)工作方式也會帶來誤差，單片機的工作頻率有限，造成對信號的影響以及計數(shù)存在著延遲，這也是誤差產(chǎn)生的一個通過本次實驗，我了解了基于超聲波傳感器的障礙物檢測電路仿真電路的基本構成，基本了解了超聲波發(fā)射電路、超聲波回波接收電路以及各模塊和各傳感器的作用。在本次的實驗中，我們仿真取得的實驗效果還是符合我們預期期望的，但是我們在仿真實際操作中還是發(fā)現(xiàn)了一些問題，這需要在日后的實在實驗室的這幾天，跟著學長，跟學長問這問那，才知道原來我們還差那么遠，期間我不僅學習了基本知識，而且樹立了一些工程意識，懂得了一些成員的共同努力才能做出更好的成品，只有隊員的共同努力才能發(fā)現(xiàn)問題，解在這次的課程設計中不僅檢驗