超聲波多普勒效應(yīng)測(cè)速儀的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-09 19:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有一共同特點(diǎn)：當(dāng)計(jì)時(shí)到時(shí)，利用門(mén)控位屏蔽信號(hào)輸入，停止計(jì)數(shù)。對(duì)于頻率較低的信號(hào)，采用前者其能較好的勝任；對(duì)高頻信號(hào)則需要增設(shè)外部硬件電路與軟件相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。為充分發(fā)揮作品的通用性，可采用硬件計(jì)數(shù)，并預(yù)留軟硬結(jié)合的通道，方便擴(kuò)展應(yīng)用。具體實(shí)施時(shí)采用了另一種方案：將光電門(mén)與外部中斷結(jié)合，控制定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的運(yùn)作。單片機(jī)與顯示模塊兼具頻率計(jì)功能。本設(shè)計(jì)中它主要完成信號(hào)頻率的測(cè)量、數(shù)據(jù)分析和測(cè)量結(jié)果的存儲(chǔ)與顯示。常規(guī)頻率計(jì)數(shù)器多半采用數(shù)碼管與LED量程指示完成顯示?？紤]到需要實(shí)現(xiàn)時(shí)間與脈沖計(jì)數(shù)兩個(gè)物理量的數(shù)據(jù)顯示功能，選用LCD顯示，以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。三、硬件設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射電路圖4所示超聲波發(fā)射電路以555定時(shí)器為核心器件。圖4 超聲波發(fā)射電路原理圖由555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)頻率為40KHz的多諧振蕩器，電阻R1選用電位器便于很好的調(diào)節(jié)頻率，以保證超聲發(fā)生器工作在其最佳頻率上。設(shè)R1=, R2=15K，C1 = 1000pF，則其頻率計(jì)算的理論方法如下：T放= x R1 x C1= x 15 x 103 x 1000 x 1012= 10 181。sT充= x ( R1+ R2 ) x C1= x x 103 x 1000 x 1012= 11 181。sf= 1 / ( T充 + T放 ) = KHz由U2構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)推挽驅(qū)動(dòng)。如果選用電源為5V，則發(fā)射信號(hào)的峰峰值為10V。也可以直接將發(fā)射器接至定時(shí)器的輸出引腳和地，但這時(shí)的輸出峰峰值不到5V，驅(qū)動(dòng)能力明顯減弱。實(shí)際使用時(shí)，我們選用了9V電池作為電源。因此其峰峰值達(dá)到18V。電路仿真結(jié)果如圖5所示。圖5 發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)仿真結(jié)果超聲波接收整型電路接收電路的方案有基本設(shè)定了兩種：一種是利用通用集成運(yùn)放，如741/ LM324/LM348/LT1014等；另一種是利用專(zhuān)用音頻功放集成電路，如LM386。為保證信號(hào)接收可靠，采用兩級(jí)放大到1000倍左右。采用通用集成運(yùn)放時(shí)，其原理圖如圖6所示。其中同相輸入端取電源電壓的一半，旨在設(shè)定直流偏置點(diǎn)以保證信號(hào)的正負(fù)半周都得到同樣的放大。如果不設(shè)置該偏置則會(huì)出現(xiàn)信號(hào)得不到預(yù)期的放大，甚至更弱。采用專(zhuān)用音頻功放集成電路，其電路則更為簡(jiǎn)單，所需元件也較少。如圖7所示。具體電路設(shè)計(jì)參考集成電路數(shù)據(jù)表得到。圖6 超聲波接收放大電路原理圖圖7 采用音頻功放構(gòu)成的接收電路根據(jù)發(fā)射信號(hào)可知，接下來(lái)需要將放大后的信號(hào)進(jìn)行整型。整型電路可以選用開(kāi)關(guān)電路或者過(guò)零電壓比較器實(shí)現(xiàn)。圖7所示由Q1構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路可實(shí)現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換。當(dāng)放大后的信號(hào)為高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，輸出為低電平；反之為高電平。該邏輯電平即可作為頻率計(jì)數(shù)器的信號(hào)脈沖輸入。運(yùn)用圖8接收電路仿真結(jié)果圖8：接受電路驅(qū)動(dòng)仿真結(jié)果頻率計(jì)數(shù)器頻率計(jì)主要借助單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如前所述，有三種方案。如圖9顯示了其中方案一與方案二兩種。方案一需要充分利用單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)器T1和T0。將T0配置為計(jì)數(shù)器，信號(hào)從該引腳輸入，而將T1配置為定時(shí)器，設(shè)定計(jì)時(shí)長(zhǎng)度以控制門(mén)控位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)。測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)度由軟件設(shè)定。對(duì)于不同的
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