测量范围和量程(「电路分享」超声波测距电路)

Posted 2023-05-31

篇首语：学问是心灵的慧眼。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了测量范围和量程(「电路分享」超声波测距电路)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

测量范围和量程(「电路分享」超声波测距电路)

这里描述的电路使用超声波振荡，并根据这些振荡在空气中的传播速度来工作。因此，我们可以很容易地确定两点之间的距离，只要测量出波传播这个距离的时间。机械测量方法主要有三类：

a）机械测量方法。

b）通过光学手段。

c）通过电子手段。

几乎所有的方法都是基于某种形式的辐射，如无线电波、光、声音或红外线辐射。考虑到这些辐射的传播速率，距离测量就是确定波从一个点到另一个点的转换时间。红外辐射主要用于远距离（几公里范围内），因为它相对容易形成。对于超过100公里的距离，使用电子设备，但其有效性受大气条件和能见度等因素的影响。随着空间技术的进步，激光系统已与光电系统一起用于确定人造卫星的陆地和近海。

超声波测距仪

声音、超声波和其他已知的频率波动在空气中有一定的传播速度。因此，可以使用在目标发射机之间传播距离所需的时间，反之亦然。发射的波给分子以与传播速度（单位：cm/s）相同的频率运行的启动脉冲。反射接收到的信号提供过期脉冲。这样，分子就给出了波传播的距离。当然，有必要缩短距离，因为我们只需要过渡距离。下图显示了我们在功能图中描述的内容。发射机、接收机、带有数字指针的分子和振荡器，由发射和接收的脉冲激发或中断。

电路原理图

发射机由构成桥接电路的N1和N2门组成。US1超声波转换器连接在2端口输出之间，以确保它们之间的交流峰峰值电压为18 V（使用9V电源）。N1也可以作为N3激发和去激发的振荡器。其频率由R1决定，并取决于所用逆变器的类型。在这种结构中，使用了40 kHz的TCO，但其他的可以令人满意地工作。

振荡器的频率设置为R1，尽可能接近40kHz，因为这是逆变器的最高效率频率。由于电路的实验特性，接收器非常简单。

两个连续的公共发射电路（T5，T6）放大US2接收到的信号。当T6V的峰值电压小于T7.V时，当T6V的峰值电压小于T7.V时，探测器的工作电压为峰值

另外一个振荡器在IC3（R17、R18、P3和C9）附近。IC3主要是一个内置振荡器的2-14除数。频率设为17190Hz，P3，因为20时空气中的声速为343.8m/sec，C=（34380cm/sec）/2=17190。用2.5位数字电压表代替分子。IC1直接引导标记Dp2到Dp4，这些标记通过晶体管T2到T4与IC1互连。

IC2为计数器部分和电路指示灯提供5V的稳定电压。IC1有能力驱动4个指针，但它不需要超过3个。几乎所有其他组件都用于同步各个阶段。这主要表示电路中不同点的预置脉冲和频率变化。频率为1赫兹的振荡器，频率为1赫兹，频率为1赫兹。（17190:2-14）。此输出通过N7逆变器和第二个单体发生器（N8、R20、C11）连接到复位输入。当负脉冲面到达Q14时，在ICI输入5处出现一个短脉冲。相反，Q14处的正脉冲前沿在重新定位输入端提供了一个短脉冲。来自Q14的信号被N7反转，并被驱动成另外两个单元：一个用于驱动发射机（N3、R10、C5），另一个连接到FF1襟翼重新定位输入。FF1的时钟定时输入连接到T7，输出Q连接到N5。

因此，IC1接收一个复位脉冲，每个正脉冲到达IC3的Q14输出，自动取消计数器。同时，在N3附近激活monovodule（在N7输出端具有负脉冲前沿），允许振荡器发射超过0.3毫秒的信号。在这段时间内，US1发射大约12个脉冲（40Hz），然后被目标反射并被US2接收。在发出超声波信号的同时，FF1被N4单分子膜重新定位和保留（大约2毫秒）。输出Q随后进入逻辑状态“1”，来自17190Hz振荡器的信号通过N5被引导到IC1计数器。一旦放大的接收信号到达FF1的时钟输入，输出Q进入逻辑“0”状态，N5阻断IC1计数器输入。此时，计数器已测量出实际距离（以厘米为单位）。N6激活闩锁，将计数器的内容推进到锁存器，然后指针将显示这些内容。计数器从下一个正脉冲前沿重置到Q14，允许获得新的测量值。在新测量信息到达之前，之前的标记将被组装。整个布局能够每秒进行新的测量。

现在让我们来看看电路操作的一些必要细节。US2转换器很自然地可以立即捕获传输的信号，除非我们采取措施避免它。如果我们不避开它，柜台将立即被切断，我们将无法计数。如果我们保证N4在恒定状态下的停留时间足够大于发射量级（2毫秒）所需的时间，这个问题就解决了。

在这个时间内，无论是否存在软盘信号，软盘都将保持在复位状态。2ms后，FF1被释放，这样直接信号就不会与反射信号混淆。这种延迟的唯一缺点是无法测量小于35厘米的距离。为了简单起见，该电路不包括AGC额定值或自动误差检测器。

结构

计数器级和指针级可以分开构造。注意，R8的一端连接到Dp2的点，而另一端连接到地面。我们建议在电路的其余部分使用neroboard。确保连接电缆很小，并且接收级和传输级之间有间隔。两个逆变器并排放置，无接触，面向同一方向。更喜欢9V电池，因为电源可能会造成不稳定。消耗相当高，250毫安，这是无法避免使用LED指示灯。但是，由于电路一次只能使用几秒钟，所以电池不会很快耗尽。无需使用示波器即可进行操作试验。只需断开N5和时钟之间的连接，并将第二个连接到IC3的端子4。（输出Q8）。在指针上你必须读“128”。当时钟输入对地短路时，显示必须为“000”。这是测试IC3和振荡器的方法。通过收听US1，广播很容易控制。虽然听不到40kHz的信号，但每一个波形的输出听起来都像是“咔嚓”一声。接收器测试并不容易，但T5和T6采集器上存在4.5V直流电压是正常工作的迹象。

一旦完成，整个电路就可以设置和控制。将P2光标转到最大位置并标记标记。该指示由计数器在相隔半秒的两个脉冲（闩锁和复位）之间产生。值得记住的是，在没有反射信号的情况下，这将是永久性的指示。将电路指向相距一米的物体或墙壁，并使其至少有一平方米的表面垂直于传输方向。慢慢地把P2调回米标。如果你没有得到它，并且标记是40-60cm，你只需要去掉一点点这两个指标，用一个更大的电容器代替C6。

一旦将P2设置为1m，就可以继续下一步，即设置40Hz频率。在电路处于相同位置的情况下，转动P1，直到出现一些指示。该过程将继续，直到任何P2设置的指示灯丢失。将电路放置在距离目标5米的位置，重置P2以获得正确的显示。最后，在距离目标3米处重新连接电路。设置P3精确指示和完成！

在原电路中，我们取得了很好的效果，在7-8m的距离内精度为±cm，由于声速受环境温度、大气压力和湿度的影响，所以精度取决于环境温度、大气压力和湿度。通过增加接收器的放大倍数或提高发射电压，可以扩大仪器的测量范围（量程）。如果仪表配备有仪器长度补偿装置，它将能够进行墙壁到墙壁的精确测量。

组件

电阻器：R1-R7 = 22Ω |R8 = 270Ω |R9 = 33ΚΩ |R10 = 330ΚΩ |R11,R12,R14 = 1Μ5 |R13 = 4K7 |R15 = 470ΚΩ |R16 = 22ΚΩ |R17 = 560ΚΩ |R18 = 47ΚΩ |R19,R20 = 10ΚΩ |P1 = 10K |P2 = 4K7 |P3 = 10K

电容器：C1 = 10μF/10V |C3 = 100n |C4 = 1n |C5 = 820p |C6,C7 = 1n5 |C8 = 2n2 |C9 = 270p |C10,C11 = 220p |C12 = 10μF/16V |C13 = 1n

半导体：T2-T4 = BC141 |T5,T6 = BC549C |T7 = BC559C |IC1 = 74C928 |IC2 = 7805 |IC3 = 4060 |IC4 = 4027 |IC5,IC6 = 4093

其他：Dp2-Dp4 = 7760(CC) |US1 = MA40L1S |US2 = MA40L1R |9V电池 |塑料盒