【正文】 311 上式表明輸出電壓與輸入電壓成比例運(yùn)算關(guān)系式中的負(fù)號表示 U0與 Ui反相電路的電壓放大倍數(shù)為 312 利用反相比例放大器可實(shí)現(xiàn)對交直流輸入信號的放大且電路結(jié)構(gòu)簡單只需要調(diào)節(jié) U13和 U15阻值即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)圖中運(yùn)放的同相輸入端接有電阻 U14 參 數(shù)選擇時應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡即靜態(tài)時使輸入級偏置電流平衡并讓輸入級的偏置電流在運(yùn)算放大器兩個輸入端的外接電阻上產(chǎn)生相等的壓降以便消除放大器的偏置電流及漂移的對輸出端的影響故 U14 又稱為平衡電阻 根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要接收傳感器輸出電壓很小數(shù)十毫伏故分別取 R2 lKR3 20OKRP lKΩ即放大電路將輸入信號放大 200 倍 332 帶通濾波電路 超聲波接受電路接收的信號中除了障礙物反射的回波外總混有雜波和干擾脈沖等環(huán)境噪聲而前端放大電路在放大有用信號的同時會將一部分的噪聲信號同時放大 于是設(shè)計(jì)出一高 品質(zhì)因素的濾波器對于整個系統(tǒng)十分重要集成運(yùn)放非常流行由它和 RC 組成的有源濾波電路具有不用電感體積小重量輕等優(yōu)點(diǎn)所以采用有源濾波電路濾除無用的干擾雜波信號 有源濾波電路通常可以分為以下幾類 1 低通濾波電路 它的功能是通過從零到某一截止角頻率 W的低通信號而對于大于 W的所有頻率則完成衰減 2 高通濾波電路 它的功能是通過從高于某一角頻率 W的高通信號而對于低于 W的所有頻率則完成衰減 3 帶阻濾波電路 它的功能是通過從零到某一截止角頻率 Wh的低通信號和大于 Wl的所有頻率信號其他的完成衰減 4 帶通濾波電路 它的功能是低邊截 止角頻率 Wl和高邊截止角頻率 Wh之間所有頻率信號通過其它頻率信號則完成衰減 在本設(shè)計(jì)中我們需要采用帶通濾波濾除除 40kHz 意外的其他雜波所以我們采用如下面圖示的有源帶通濾波電路濾除雜波 圖 34 帶通濾波電路 為了計(jì)算簡便設(shè) U12 U8 RU11 2RC5 C6 C 則可由 KCL 列出方程導(dǎo)出帶通濾波電路的傳遞函數(shù)為 313 設(shè) A 為 所 要 的 波 波 動 范 圍 為 3KHz 左右令 314 本電路要求帶通濾波器的 中心頻率 f0 40KHz 設(shè)計(jì)其品質(zhì)因數(shù) Q 為 3 選用電容為 l000PF 根據(jù) 323 可得 帶寬為 Bw 33KHz 根據(jù) 313A 83 則 A0 8 所以 U9 53U10 又因?yàn)?U11 U9U10 8KΩ所以可以得出U10 128kΩ U9 213kΩ所以 U12 U8 4kΩ U11 8kΩ 333 比較檢測電路 當(dāng)接收電路經(jīng)過放大濾波后就需要進(jìn)行檢測這就需要一個檢測電路這個部分非常關(guān)鍵關(guān)系到以后電路是否能正常工作還決定系統(tǒng)的精度問題檢測電路設(shè)計(jì)的要求是保證每次接收信號都能被準(zhǔn)確的鑒別出來通常利用比較器將輸入信號與某一固定 電平進(jìn)行比較輸出不同的電平來產(chǎn)生上升或下降沿觸發(fā)轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖去觸發(fā)單片機(jī)的外中斷引腳 圖 35 比較檢測電路 由于 LM393 具有集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)所以在電源與輸出之間加一上拉電阻電容 C4 起簡單濾波作用具體設(shè)計(jì)時考慮到前級放大濾波電路輸出是峰峰值為5V 左右的連續(xù)正弦波信號的疊加所以分別取 U7 20K 和 U6 1K 則參考電壓為 V Vcc U7 U6U7 5 121 238mV 上拉電阻 U4 1K 電容 C 1000pF 當(dāng)進(jìn)入比較器的輸入信號高于 238mv 時比較器輸出電壓為 5V 輸入信號 低于 238mV 時比較器輸出電壓為 0V 利用此邊沿跳變來控制單片機(jī)中斷 INT0 停止計(jì)時 34 顯示電路 本設(shè)計(jì)中的顯示電路以 74HC373 做驅(qū)動電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)的接口夠用所以不必考慮接口問題 圖 36 顯示模塊 本顯示部分的電路設(shè)計(jì)是為了更人性化例如這個系統(tǒng)除了為智能停車場服務(wù)以后還可將此系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為普通的超聲波距離探測器時作為測量顯示只需要將軟件進(jìn)行重新的編輯即可 35 超聲波距離探測器總體電路 351 超聲測距儀設(shè)計(jì)具體細(xì)節(jié) 在硬件電路設(shè)計(jì)當(dāng)中我們所用到的元器件如下表 31 所示 表 31 元器件清單 元件名稱 元件 值 個數(shù) 電阻 三極管 電阻 電阻 電解電容 晶振 瓷片電容 電阻 芯片 單片機(jī) 電解電容 瓷片電容 發(fā)光二極管 接口 共陰七段發(fā)光二極管 芯片 按鍵開關(guān) 集成運(yùn)放 超聲波發(fā)射探頭 超聲波接受探頭 1k 2SA1015 4k 8k 10uf25v 12MHz 30pf 45Ω 74HC373 89C51 100uf50v 1000pf BT201 CON3 DPY_7SEG_ LM393 DP SN7406 SWPB TL082CP 8 UCM40R 5 2 2 1 1 1 2 1 1 1 3 1 1 3 1 2 1 2 1 1 352 總體電路設(shè)計(jì) 通過我們在以上部分中對于超聲波距離探測器的各部分電路設(shè)計(jì)敘述我們得到總體電路圖總電路中包括前置放大電路帶通濾波電路比較檢測電路發(fā)射電路必要時可以加入顯示電路設(shè)計(jì)詳細(xì)總體電路圖見附錄 4 超聲測距儀軟件設(shè)計(jì) 41 軟件設(shè)計(jì)原理及總體設(shè)計(jì) 411 軟件設(shè)計(jì)原理 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲測距的基本功能之后系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用根據(jù)第三章所述系統(tǒng)硬總體設(shè)計(jì)方案和所完成的功能系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)以下功能 1 信號發(fā)射控制 在系 統(tǒng)硬件中已經(jīng)完成了發(fā)射電路接收放大電路濾波及門限檢測的設(shè)計(jì)在系統(tǒng)軟件中要完成脈沖串的輸出 2 數(shù)據(jù)存儲處理 為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時間差要讀出此時計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值但不能作為距離值直接顯示輸出因?yàn)橛?jì)數(shù)值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為 S 05VT 05344T 172T 其中 T 為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間由于單片機(jī)是按照 16 進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算所以得出的 S 并不能直接顯示需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換在這個部分中信號處理主要包括計(jì)數(shù)值與距離值換算以及二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換 3 顯示輸出 數(shù)據(jù)傳輸與顯示經(jīng)軟件處理得到的距離送到與單片機(jī) P0 口用三位 LED 顯示輸出將是否有車的數(shù)據(jù)傳輸出去給上位機(jī)在這個實(shí)物電路中采用一個發(fā)光二極管來代替 412 軟件總體設(shè)計(jì) 圖 41 主程序流程圖 42 測距儀單片機(jī)主程序 本測距儀采用了單片機(jī) 89C51 來設(shè)計(jì)的系統(tǒng)用單片機(jī)匯編語言實(shí)現(xiàn)軟件編程整個系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序子程序中斷子程序等幾個主要部分組成整個系統(tǒng)的控制流程如圖 41 所示在初始化以及調(diào)用測距發(fā)射子程序后打開定時器開始計(jì)時程序進(jìn)入中斷響應(yīng)的等待 程序初始化過程主要是定時器計(jì)數(shù)器工作方式以及初值進(jìn)行設(shè)置程序如下 VOUT EQU P10 脈沖輸出端口 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 0013H RETI ORG 001BH LJMP INTT1 ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI START MOV SP 4FH MOV R0 40H 4043H 為顯示數(shù)據(jù)存放單元 40 為最高位 MOV R70BH CLEARDISPMOV R0 00H INC R0 DJNZ R7 CLEARDISP MOV 20H 00H MOV TMOD 21H T1 為 8 位自動重裝模式 T0 為 16 位定時器 MOV TH0 00H MOV TL0 00H 40KHz 初值 MOV TH1 0F2H MOV TL1 0F2H MOV P0 0FFH MOV P1 0FFH MOV P2 0FFH MOV P3 0FFH MOV R4 04H 超聲波脈沖個數(shù)控制 SETB PX0 SETB ET0 STEB EA CLR 00H SETB TR0 開啟測距定時器 START1 LCALL DISPLAY JNB 00H START1 收到反射信號時標(biāo)志位為 1 CLR E LCALL WORK 計(jì)算距離子程序 SETB