基于單片機(jī)的測(cè)距儀設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-13 08:34 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 VT VT2 組成正反饋回授振蕩器。 電路的振蕩頻率決定于反饋元件的 T4016，其諧振頻率為 40kHZ177。 2kHZ。頻率穩(wěn)定性好，不需作任何調(diào) 整，并由 T4016 作為換能器發(fā)出 40kHZ 的超聲波信號(hào)。電感 L 與電容 C5 調(diào)諧在40kHZ 起作諧振作用。本電路適應(yīng)電壓較寬（ 3~12V），且頻 率不變。電感采用固定式，電感量 。整機(jī)工作電流約 25mA。發(fā)射超聲波信號(hào)大于 8m。如 所示： 圖 40kHZ 超聲波發(fā)射電路之二 圖 40kHZ 超聲波發(fā)射電路之三 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 方案④ 它主要由四與非門電路 CC4011 完成振蕩及驅(qū)動(dòng)功能，通過(guò)超聲換能器 T4016 輻射出超聲波去控制接收機(jī)。其中門 YF1 與門 YF2 組成可控振蕩器，當(dāng) S 按下時(shí)，振蕩器起振，調(diào)整 RP 改變振蕩頻率，應(yīng)為 40kHZ。振蕩信號(hào)分別控制由 YF YF3 組成的差相驅(qū)動(dòng)器工作，當(dāng) YF3 輸出高電平時(shí)， YF4一 定輸出低電平； YF3 輸出低電平時(shí)， YF4 輸出高電平。此電平控制 T4016換能器發(fā)出 40kHZ 超聲波。電路中 YF1~YF4 采用高速 CMOS 電路 74HC00 四與非門電路，該電路特點(diǎn)是輸出驅(qū)動(dòng)電流大（大于 15mA），效率高等。電路工作電壓 9V，工作電流大于 35mA，發(fā)射超聲波信號(hào)大于 10m。如圖 所示： 方案⑤ 由 LM555 時(shí)基電路及外圍元件構(gòu)成 40kHz 多諧振蕩器電路，調(diào)節(jié)電阻器 RP 阻值，可以改變振蕩頻率。由 LM555 第 3 腳輸出端驅(qū)動(dòng)超聲波換能器 TCT4016，使之發(fā)射出超聲波信號(hào)。電路簡(jiǎn)單易制。電路工作電壓 9V，工作電流 40~50mA。發(fā)射超聲波信號(hào)大于 8m。 LM555 可用 NE555 直接 替代，效果一樣。如圖 所示： 圖 40kHZ 超聲波發(fā)射電路之四 侯杰：基于單片機(jī)的測(cè)距儀設(shè)計(jì) 4 方案⑥ 使用兩個(gè)與非門電路完成驅(qū)動(dòng)功能。該電路特點(diǎn)是輸出驅(qū)動(dòng)電流大（大于 15mA），效率高等。 T 為 40KHz 的脈沖。工作的電壓為 5V。如圖 所示： 接收電路 方案① 采用 CX20206 紅外線接收芯片。如圖 所示。 圖 40kHZ 超聲波發(fā)射電路之 五 圖 40kHZ 超聲波發(fā)射電路之 六 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 方案②采用 NPN 晶體管 V 進(jìn)行放大構(gòu)成超聲波接收電路，超聲波傳感器采用 TC4016。 超聲波傳感器一般用于檢測(cè)反射波，它遠(yuǎn)離超聲波發(fā)生源，能量衰減較大，只能接收到幾 mV 左右的微弱信號(hào)。因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要加多級(jí)放大器。如圖 所示： 圖 40kHZ 超聲波 接收電路之一 圖 超聲波 接收電路之一 侯杰：基于單片機(jī)的測(cè)距儀設(shè)計(jì) 6 綜合幾個(gè)方案后發(fā)現(xiàn)，在發(fā)射電路中，只有方案⑥最簡(jiǎn)單，最容易實(shí)現(xiàn)。其他的方案的電路中所要求的 電壓都是比較高，在使用的過(guò)程中都需要對(duì)電壓進(jìn)行單獨(dú)轉(zhuǎn)化，不方便，增加了成本，電路也比較復(fù)雜。 在接收電路的方案中選擇方案①，使用集成電路比較容易，干擾也比方案②要低。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 超聲波簡(jiǎn)介 聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象，人們對(duì)聲音早有認(rèn)識(shí)，在人們的日常生活中存在著各式各樣的聲音。在科學(xué)史上，聲學(xué)是發(fā)展最早的學(xué)科之一。然而，由于超聲是人耳聽(tīng)不到的信號(hào)，直到 18 世紀(jì)，人們才開(kāi)始研究海豚、蝙蝠等動(dòng)物時(shí)，才推測(cè)自然界存在超聲。聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機(jī)械波。根據(jù)聲波振動(dòng)頻率的范 圍，可以分為次聲波、聲波、超聲波和特超聲波。當(dāng)聲的頻率高到超過(guò)人耳的頻率極限時(shí)，人們就覺(jué)察不出聲的存在，我們稱這種高頻率的聲為超聲。頻率高于人類聽(tīng)覺(jué)上限頻率 (約 20200Hz)的聲波，稱為超聲波，或稱超聲。 在通常的超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，用電脈沖激勵(lì)超聲探頭的壓電晶片，使其產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，這種振動(dòng)在與其接觸的介質(zhì)中傳播，形成超聲波。 超聲波的特點(diǎn)及其分類 聲波產(chǎn)生的條件是首先要有一個(gè)作機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)作波源，其次要有傳播振動(dòng)的彈性介質(zhì)。此外，當(dāng)振動(dòng)傳播時(shí)，振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波而移走，只是在自己的 平衡位置附近振動(dòng)而已，這與電磁波 (交變電磁場(chǎng)以光速在空間的傳播 )是完全不相同，與光波也不同。相比之下，超聲波具有下面的一些特點(diǎn)： (l)它能以各式各樣的傳播模式 (縱波、橫波、表面波、薄板波 )在氣體、液體、固體或它們的混合物等各種媒質(zhì)中傳播，也可在光不能通過(guò)的金屬、生物體中傳播，是探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部的有效手段。 (2)由于超聲波與電磁波相比速度慢，對(duì)于相同的頻率波長(zhǎng)較短，容易提高測(cè)量的分辨率。 (3)由于傳播時(shí)受介質(zhì)聲速、聲阻抗和衰減常數(shù)的影響大，所以，反過(guò)來(lái)可由超聲波傳播的情況測(cè)量物質(zhì)的狀態(tài)。超聲波是 一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播。我們知道，電磁波的傳播速度為 3 108m/s，而超聲波在空氣中常溫下的傳播速度為 340m/s,其速度相對(duì)電磁波是非常慢的。超聲波在相同的傳播介質(zhì)里 (大氣條件 )傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化 ,波動(dòng)的傳播方向與振動(dòng)方向一致，是縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)而傳播的。 聲源
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