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數(shù)字式超聲波測距儀的研制

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點擊量: 214462 來源: 無錫斯洛森測控技術(shù)發(fā)展有限公司
數(shù)字式超聲波測距儀的研制
1、引言

  超聲波在氣體、液體及固體中以不同速度傳播,定向性好、能量集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力較強。超聲波能以一定速度定向傳播、遇障礙物后形成反射,利用這一特性,通過測定超聲波往返所用時間就可計算出實際距離,從而實現(xiàn)無接觸測量物體距離。超聲波測距迅速、方便,且不受光線等因素影響,廣泛應(yīng)用于水文液位測量、建筑施工工地的測量、現(xiàn)場的位置監(jiān)控、車輛倒車障礙物的檢測、移動機器入探測定位等領(lǐng)域。本文設(shè)計的數(shù)字式超聲波測距儀通過對超聲波往返時間內(nèi)輸入到計數(shù)器特定頻率的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù),進(jìn)而顯示對應(yīng)的測量距離。

  2、超聲波測距儀電路組成和工作原理

  超聲波測距儀由超聲波發(fā)生電路、超聲波接收放大電路、計數(shù)和顯示電路組成。

  2.1超聲波發(fā)生電路

  圖1為超聲波發(fā)生電路。雙定時器EN556(U2b)組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。R6和C6構(gòu)成微分電路,其作用是:當(dāng)按鍵S2按下時,低電平變成正負(fù)尖頂脈沖,經(jīng)過VD1得到負(fù)尖頂脈沖,觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。單穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)輸出的高電平持續(xù)約1ms,即tw≈1.1R5C5≈1ms。EN556(U2n)組成多諧振蕩器,振蕩頻率f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R3+R4)]C3≈40kHz。該振蕩器振蕩受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出電平控制。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高電平時,多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩,EN556的引腳5輸出約40個頻率為40kHz、占空比約50%的矩形脈沖??紤]到多諧振蕩器起振階段不穩(wěn)定,因此設(shè)計輸m脈沖數(shù)較多。若輸出脈沖數(shù)太少,則發(fā)射強度小,測量距離短。 濕度傳感器探頭 , , 不銹鋼電熱管 PT100 傳感器 , , 鑄鋁加熱器 , 加熱圈   流體電磁閥 但脈沖數(shù)過多,發(fā)射持續(xù)時間長,在距離被測物較近時,脈沖串尚未發(fā)射完,這樣導(dǎo)致先發(fā)射出的脈沖產(chǎn)生的回波將到達(dá)接收端,影響測距結(jié)果,造成測距盲區(qū)增大。74HC04(U1)的U1a~U1e組成超聲波脈沖驅(qū)動電路,可提高驅(qū)動超聲波發(fā)送傳感器的脈沖電壓幅值,有效進(jìn)行電/聲轉(zhuǎn)換,增強發(fā)射超聲波的能力,增大測量距離。40kHz脈沖串的一路經(jīng)U1a反相,再經(jīng)由U1b和U1e并聯(lián)的反相器反相;其另一路經(jīng)南U1c和U1d并聯(lián)的反相器反相。