AT89S52单片机超声波测距仪设计+电路图+原理+流程图
将低通滤波器和高通滤波器串联，如图 2-2 所示，就可得到带通滤波器。设前者的截止频率为 fp1，后者的截止频率 fp2 ，fp2 应小于fp1 ，则通频带为（fp1 - fp2）。实用电路中也常采用单个集成运放构成压控电压源二阶带通滤波电路，在本设计中，滤波器使用单个集成运放构成压控电压源二阶带通滤波电路，如图 2-3 所示。
Up（s）为相同比例运算电路得输入，比例系数：
= = 1+ (2-6)
当C2 = C6 = C ， R3 = R ，R6 = 2R时，电路的传递函数
Au（s）= Auf（s） (2-7)
令中心频率 = ，电压放大倍数
= (2-8)
当 = 时，得出带通放大倍数
= = Q (2-9)
令式（2-8）分母的模为 ，即式（2-9）分母虚部的绝对值为1，即
= 1 (2-10)
解方程，取正根，可得到下限截止频率fp1 和上限截止频率fp2 分别为
fp1 = (2-11)
fp2 = (2-12)
因此，通频带
= - = = (2-13)
电路的幅频特性如图 2-4 所示。Q值愈大，通带放大倍数值愈大，频带愈窄，选频
特性愈好。调整电路的 ，能够改变频带宽度。在本设计中，由于超声波的频率为40KHz，则需滤波器的中心频率为 = 40KHz。根据以上公式，选择R = 8.5K，C = 470pF。经计算得：
40KHz
2.1.3 超声波传感器
超声波传感器（发生器）可以分为两大类：一类是以电气方式产生超声波，一类是以机械方式产生超声波。超声波传感器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件。本设计采用的是压电式超声波发生器。超声波传感器包括三部分：超声换能器、处理单元和输出级。
压电式超声波传感器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。压电式超声波传感器内部结构如图 2-5 所示。
图 2-5 超声波发生器结构图优/文^论'文.网
http://www.youerw.com本设计所采用的是T/R40-16型超声波传感器，特性参数如表 2-1 所示。
表 2-1 T/R40-16型超声波传感器特性参数
型号 T/R40-16
中心频率 40±1KHz
发射电压 大于115 dB
接收灵敏度 大于-64 dB/V/ubar
-6dB指向 50 deg
电容 2400±25%
允许输入电压 20V
用脉冲反射法测量距离时，障碍物与超声波探头间的距离既不能太远也小能太近，存在着距离测量的近限和远限。距离过远时，接收到的信号太弱，以致无法从噪声信号中分辨出来，这是远限存在的原因。
在距离过近时，接收信号将落进盲区中而无法分辨出来，这是近限存在的原因。在使用一个探头同时充当发射和接收的情况下，由于在探头上施加的发射电压强达几十伏甚至上百伏以上，虽然发射信号只文持一个极短的时间，但停止施加发射信号后，探头上还存在一定的余振，因此在一段较长的时间内，加在接收放大器输入端的发射信号幅值仍是相当强的，可以达到限幅电路，引起探头振动，不能进行正确的测量。同时，探头上接收到的各种反射信号却远比发射信号小，即使是离探头较近处的障碍物反射信号也达不到限幅电路的限幅电平。当障碍物离探头越来越远时，接收信号与发射信号相隔时间越来越长，其幅值相应的越来越小。同时，接收信号的衰减程度总是要比发射信号余振的衰减慢得多。为了保证一定的信噪比，接收信号需要规定一个值，接收信号必须大于这个值，才能有输出信号。这就构成了远限的问题。在使用一个探头的情况下，发射信号的幅值要文持到低于引起探头振动时，接收信号才基本上摆脱了发射信号的影响而能够明显地分辨出来。所以把这段时间规定为盲区时间。但是，当探测距离很远时，为了增大发射功率，须采用特殊形式的大功率超声发射换能器，但这些换能器的接收灵敏度一般很低，甚至无法用于接收，在这种情况下，选用两个换能器分别用于发送和接收。而使用双探头方式，不仅可以增加探测距离，还可以减小盲区。由于发射探头上并不直接施加发射电压，所以，从理论上说，可以没有盲区。但是，由于接收电路多少会受到发射电路的感应，并且发射探头所发出的超声波可能有部分直接绕道接收探头，因此实际上仍存在一定的盲区，不过它要比单探头方式的盲区小很多。所以，在本设计中，我们选取了双探头的工作方式，减小盲区，同时提高检测的距离。
2.1.4 超声波发射电路
在本设计中，超声波发射电路如图 2-6 所示。
由NE555电路及外围元件构成40kHz多谐振荡器电路，NE555的4 脚是复位端，利用它来控制超声波脉冲的发射。当4 脚为低电平时，NE555 有振荡脉冲输出；为高电平时，NE555 定时器清零，没有输出。因而，将4 脚与单片机的控制信号相接就可以控制发射电路。调节电阻器R17阻值，可以改变振荡频率，使之与换能器的40KHz固有频率一致。由于输出的方波中存在很多的杂波，于是由NE555第3脚输出端接入带通滤波器进行滤波，使只有40KHz的信号输入电压比较器，合理的选择比较基准电压，可使测量更加准确和稳定。比较输出后驱动超声波换能器T40-16，使之发射出超声波信号。
2.2 超声波接收电路设计优/文^论'文.网http://www.youerw.com超声波接收电路包括超声波接收头、信号放大电路、带通滤波电路及信号检测电路四部分。
超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，主要是频率要一致，本设计采用T/R40-16，否则因无法产生共振而影响接收效果、甚至无法接收。
2.2.1 信号放大电路
由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，而且受共模干扰严重，因此必须消除共模干扰并放大信号。本次设计采用仪表放大器AD623来实现这一功能。
AD623是一款性能非常好的仪表放大器，它有以下特点：
① 在单电源3—12V下提供满电源幅度输出，使设计更为简单；
② 虽为单电源工作方式优化设计，但在±2.5—±6V双电源时，仍有优良性能；
③ 增益通过一只外接电阻可方便地调节，无外接电阻时，被设置为单位增益(G=1)，接入电阻时，增益可高达1000；上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 下一页
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