,第二级,第三级,第四级,第五级,第,2,讲,超声波测距仪的设计与调试发射部分,超声波测距仪的设计与调试发射部分,超声波传感器的检测方式,超声波测距仪的总体设计方案,超声波发射电路基本原理,实训,2,：超声波发射电路的制作与调试,本系统中超声波测距基本原理,由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪、物位测量仪等。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。,在本系统中，我们主要应用的是反射式检测方式。即超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波后就立即停止计时。超声波在空气中传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s。,即：s=340,t/2，这就是所谓的时间差测距法。,超声波测距仪的总体设计方案,超声波发射头,超声波接收头,振荡电路,驱动电路,波形变换,选频放大,中央,控制,处理,单元,显示,输出报警,执行单元,键盘控制,电源部分,发射电路,接收电路,控制部分,电源部分,超声波测距仪的总体设计方案,本系统主要由超声波发射电路、接收电路、控制部分及电源四部分组成。,控制部分是以单片机为核心的中央处理单元，除输入/出模块外，还设置了报警控制和执行单元。,单片机可以根据设定的工作方式，产生40kHz方波，经过驱动电路驱动超声波发生器发出一簇信号，与此同时，单片机开始计时。接收端经选频后将收到的微弱回波信号检出，送信号放大电路放大，经输出比较产生脉冲输出送单片机中断端，单片机收到中断信号后停止计时，从而计算出距离值送显示，或作为报警和执行单元动作的依据，本系统可以满足多领域的应用。,本系统设计电源部分是将220V交流市电经变压、整流、滤波，再经相关稳压电路输出+5V，+12V,-12V等稳定电压输出供传感器工作。,本系统中关键电路是超声波发射电路和超声波接收电路。后续课程针对这两部分分别进行重点论述。,超声波发射电路基本原理,超声波发射电路主要由振荡电路、驱动电路和超声波发射头组成。振荡电路产生超声波传感器工作需要的40KHz频率信号。由于超声波振子也有约2000PF的电容，有充放电电流流通，因此，采用驱动电路增大驱动电流，有效驱动超声波振子发送超声波。即使用方波进行驱动，由于振子的谐振作用，也变为正弦波进行发送。,本系统的振荡电路可以采用两种方案：一种是利用555产生幅度和占空比可调的40KHz方波信号。另一种是利用单片机产生幅度和占空比可调的40KHz方波信号。,超声波发射头,振荡电路,驱动电路,基于555的超声波发射电路,振荡电路部分,驱动电路部分,Control,基于555的超声波发射电路,振荡电路部分,T,H,=0.7（R1+R2）C1,*,T,L,=0.7*R2*C1,*,T=0.7（R1+2R2）C1,*,9V,基于555的超声波发射电路,Control,f=1.44/（R3+2R4+2VR1）C1,=40KHz,9V,VR1=？,IC2组成超声波载波信号发生器。载波信号频率40kHz，占空比约50的脉冲。由IC1输出的脉冲信号控制载波。,555时基电路基本特性,引脚,低触发端（2脚）,高触发端（6脚）,强制复位端（4脚）,输出端（3脚）,放电端（7脚）,电平高低,V,DD,/3,任意,高,高（置位）,悬空（置位）,电平高低,V,DD,/3,2V,DD,/3,高,低（复位）,低（复位）,电平高低,V,DD,/3,2V,DD,/3,高,维持原电平不变,与3脚相同,电平高低,任意,任意,低（0.4V）,低,低,555时基振荡电路工作原理,555无稳态工作模式的基本电路如图所示。电路初次通电时，由于电容C1两端电压不能突变，555的2脚为低电平，555时基电路置位，即3脚输出高电平，内部放电晶体管截止，7脚被悬空，此时正电源V,DD,通过电阻R1、R2向电容C1充电，使C1两端电压不断升高，约经时间t1，C1两端电压即阈值端（6脚）电平升至2V,DD,/3时，555时基电路翻转复位，3脚输出低电平，同时内部放电晶体管导通，7脚也为低电平，此时电容C1储存电荷将通过R2向7脚放电，使C1两端电压即555的触发端2脚电平不断下降，约经t2时间，电压降至V,DD,/3时，555时基电路又翻转置位，3脚又输出高电平，7脚再次被悬空，正电源又通过R1,R2向C2充电，如此周而复始，电容C2不断处于充电与放电状态，电路引起振荡，3脚将交替输出高电平和低电平。,555时基振荡电路工作原理,555时基振荡电路输出振荡信号的频率为：,输出脉冲占空比为：,实训：如何设计一个555时基电路实现输出频率f为20K，占空比为60%的方波信号？,超声波发射电路基于CD4049的驱动器,本电路采用CMOS六反相器CD4049构成驱动电路，为了增大驱动电流，可以采用CD4049中两个甚至三个方向器并联的方式实现。,为什么两个反相器并联就可以提高驱动能力？,答案：此电路结构称为桥式驱动方式，由于传感器具有高阻特性，其正常工作时需要一定的驱动电流，而每个反相器的输出电流（负载能力）是一定的。两个并联，输出电流加倍，驱动能力当然提高啦！,超声波发射电路基于CD4049的驱动器,问题：左图的驱动方式是否合理，它与前续推荐的电路图有何不同？,实训2：超声波发射电路的制作与调试,实训目的：,理解,555,振荡电路的工作原理和调试技巧。,理解,CD4049,驱动电路的工作原理。,实训条件：,超声波发射电路板及配套元件一套、超声波接收电路板光板及接收头，直流稳压电源一台，示波器一台，直尺一把。,实训2：超声波发射电路的制作与调试,步骤：,1.焊,接电路,2.观察记录波形,555的3脚波形U1,CD4049的2脚波形U2,CD4049的4脚波形U3,CD4049的12脚波形U4,