超声波测距电路设计(12)

超声波测距电路设计贾强天津现代职业技术学院300350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，“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40KHZ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40KHZ的脉冲串，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C10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二极管，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、内部频率补偿的双运算放大器，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二极管，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40KHZ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约为时间0.2ms，F2输出一串40KHZ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C1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V0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C4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，1999[2]李瑜芳.传感技术[M].成都：电子科技大学出版社，1999[3]杨帮文.最新传感器使用手册[M].北京：人民邮电出版社，2004[4]陈裕泉，葛文勋.现代传感器原理及应用[M].北京：科学出版社，2007[5]杨帆.传感器技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008[6]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，2008[7]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，2011作者简介：贾强，男，（1981-），汉族，讲师，研究方向：电工与电子技术工作单位：天津现代职业技术学院工作单位邮编：300350邮箱：[e-mail]电话：[phone]邮寄地址：天津市河北区真理道靖江雅园6-3-401贾强收邮编：300250