用数模电设计超声波测距仪沈阳工业大学测控.doc

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题目: 超声波测距仪 班级: 测控1002班 学号: 100401207 姓名: 杨光 目 录 摘要 .1 1.课题选择与方案论证 1 1.1课题任务与要求 1 1.2 方案选择 1 1.2.1模拟电路产生超声波方案 1 1.2.2电磁共振产生超声波方案 1 1.2.3计数显示方案(一) 1 1.2.4计数显示方案(二) 1 1.2.5方案确定 1 2.电路设计 1 2.1发射电路设计 1 2.1.1超声波产生电路 1 2.1.2模块驱动模块电路 2 2.2接收电路设计 3 2.3接收信号处理电路设计 4 2.4显示电路设计 7 3.系统测试 8 3.1 测试仪器 8 3.2 测试方法 8 3.3 测试结果 8 4. 设计总结 9 5.参考文献 10 摘要 ?随着科技的发展,人们生活水平的提高,城市发展建设加快,城市给排水系统也有较大发展,其状况不断改善。但是,由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素,城市给排水系统,特别是排水系统往往落后于城市建设。因此,经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰,因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理,人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统,保证机器人在箱涵中自由排污疏通,是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此,设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。? 本设计采用以模拟数字电路为基础的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路设计方法。整个电路采用模块化设计,由发射电路、接收电路、驱动电路、信号处理、显示电路等模块组成,实现超声波测距仪的各种功能。 关键词:超声波 测距 模拟数字电路 . 课题选择与方案论证 1.1课题任务与要求 由模拟和数字电路设计超声波测距仪 方案选择 1.2.1模拟电路产生超声波方案 由RC电路产生超声波,所需要的电气元件较多,调节方便,受外界影响较小。 1.2.2电磁共振产生超声波方案 由电磁振荡产生超声波,所需要的电气元件较少,受外界影响较大,不易调节。 1.2.3计数显示方案(一) 使用4511和三片74LS160做显示部分,技术准确,但是需要芯片较多,耗能大。 1.2.4计数显示方案(二) 使用CD4553和CD4511做显示部分,各芯片只需一片,并且电路设计简单,消耗电能少。 1.2.5方案确定 综上所述,介于节能,稳定可行,选择方案一RC电路产生超声波,使用CD4553做计数显示芯片。 电路设计 2.1发射电路设计 2.1.1 超声波发射电路 由两块555集成电路组成。IC1(555)组成超声波脉冲信号发生器,工作周期计算公式如下,实际电路中由于元器件等误差,会有一些差别。 1 条件: R3 =9.1MΩ、 R7=150KΩ、 C=0.01μF TL = 0.69 x R7 x C = 0.69 x 150 x 1000x 0.01 x 10-6 = 1 ms TH = 0.69 x (R3 + R7) x C = 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64ms 第二片555组成超声波载波信号发生器。由第一片555输出的脉冲信号控制,输出1ms频率40kHz,占空比50%的脉冲,停止64ms。计算公式如下: 条件: R4 =1.5KΩ、 R8=15KΩ、 C=1000pF TL = 0.69 x R8 x C = 0.69 x 15 x 1000 x 1000 x 10-12 = 10us TH = 0.69 x (R4 + R8) x C = 0.69 x 16.5 x 1000 x 1000 x 10-12 = 11us f = 1/(TL + TH) = 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHz 2 LM324的运放组成超声波发射头驱动电路。 2 超声波接收电路 超声波接收头和LM324的运放组成超声波信号的检测和放大。反射回来的超声波信号经运放的2级放大1000倍(60dB),第1级放大100倍(40dB),第2级放大10倍(20dB)。 由于一般的运算放大器需要正、负对称电源,而该装置电源用的是单电源(9V)供电,为保证其可靠工作,这里用R10和R12进行分压,这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压,这样可以保证放大的交流信号的质量,不至于产生信号失真。 2.3接收信号处理电路设计 在信号比较、测量、计数和显示电路中,即比较和测量从发出的检测脉冲和该脉冲被

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