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超声波测速仪设计.doc


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文档列表 文档介绍
超声波测速仪设计.doc《电子电路实验》课程设计报吿
课题: 超声波测速仪
班 级
学生姓名
学 院 物理科学与技术学院
专 业电子信息科学与技术
指导教师
扬州大学
—o—年一月
1、课题名称:
超声波测距仪的设计与制作
2、内容摘要
超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比,如电磁的或光
学的方法,它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、冇灰尘烟 雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械 手控制、车辆口动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距, 出于空气中波速较慢,其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测 出來,具有很高的分辨力,因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器 具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特:点。
3、 设计内容及要求:
设计一超声波测距仪,要求:
.设计出超声波测距仪的硕件结构电路。
.对设计的电路进行分析能够产生超声波,实现超声波的发送与接收,从 而实现利用超声波方法测量物体间的距离。
.对设计的电路进行分析。
⑷•以数字的形式显示测量距离。
4、 比较和选择方案:
4. 1原理
超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受,根据超両波传播的时间来 计算出传播距离。实用的测距方法冇两种,一•种是在被测距离的两端,--端发射, 另一端接收的直接波方式,适用于身髙计;一种是发射波被物体反射冋来后接收 的反射波方式,适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。
发射器发出的超声波以速度U在空气中传播,在到达被测物体时被反射返
回,由接收器接收,其往返时间为t,由s二vt/2即可算出被测物体的距离。由于 超声波也是一种声波,其声速v与温度有关,下表列出了几种不同温度下的声速。
在使用时,如果温度变化不大,则叮认为声速是基本不变的。如果测距精度要求 很高,则应通过温度补偿的方法加以校止。这个实验认为在常温下超声波的传播 速度为340m/so
超声波波速与温度的关系表
温度(°C)
-30
-20
-10
0
10
20
30
100
声速(m / s)
313
319
325
323
338
344
349
386
设在超声波发射和接受时,时间羌为卜,此期间计数脉冲为17KHz,共计
n个周期的信号,则实际距离为:
vt
s=
2
3400Cbm/ s x 〃 x s
17000^ =畑)
4•2方框图
上图即为超声波测距仪的总体设计框图。曲以下几部分组成:
1) 发射电路、发射端放大整形电路
2) 接受电路、接受端放人整形电路
3) 门控信号
4) 计数电路
5)译码显示电路
5单元电路设计、参数计算和器件选择
5. 1传感器的选择
人们为研究和应用超声波,已发明设计并制成了许多类型的超声波发牛器:
机械方式和电气方式产生超声波发牛器。实质上,超声波发牛器即是超声波换能 器:它将其它形式的能量转换成超声波的能量(发射换能器來完成)和使超声波的 能量转换成其它易于检测的能量(接收换能器来完成)。一般是用电能和超声能量 相互转换。电气方式类型包括:压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械式方式有 气流旋笛、液哨和加尔统笛等。各种类型产牛的超声波的功率、频率和声波特性 都不相同。口前使用较多的是电气类屮的压电型超声波发牛器。而压电材料有单- 晶体的、多晶体复合的,如石英单晶体,钛酸钞!压电陶瓷、链钛酸铅压电陶瓷复 合晶体等。
压电型超声波传感器的工作原理:它是借助压电晶体的谐振来工作的,即陶
瓷的压电效应。其结构原理如图(a)所示。
a)超步波传感器内部结构
b)超步波传感霉等效电路
超声波传感器有两块压电品片和一块共振板。当它的两电极加脉冲信号(触 发脉冲),若其频率等于晶片的固有频率吋,压电晶片就会发生共振,并带动共
振板振动,从而产生超声波。相反,电极间未加电压,则当共振板接收到回波信 号时,将压迫两压电晶片振动,从而将机械能转换为电信号,此时的传感器就成 了超声波接收器。这个实验采用的共振频率为40KHzo

. 1振荡电路
原理:用CMOS非门和RC电路组成多谐振荡器,振荡频率
22RC
但是,为达到低功耗的目的,不能让电路始终处丁•振荡状态,且每次测距只 需5-10个周期的40KHz方波信号,故需要加入控制信号用以控制振荡电路。即 设计一个微风电路使得时间常数t = rc =200,因为CMOS电路Vil=,故
计算、选择得R=510G, C=。
振荡电路(皿呱战,设计r=]7K。,C=68

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  • 上传人小辰GG
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  • 时间2021-08-03