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1、超声波测距仪的设计与调试发射部分,超声波传感器的检测方式超声波测距仪的总体设计方案超声波发射电路基本原理实训2：超声波发射电路的制作与调试,本系统中超声波测距基本原理,由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪、物位测量仪等。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。在本系统中，我们主要应用的是反射式检测方式。即超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波后就立即停止计时。超
2、声波在空气中传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s。即：s=340t/2，这就是所谓的时间差测距法。,超声波测距仪的总体设计方案,发射电路,接收电路,控制部分,电源部分,超声波测距仪的总体设计方案,本系统主要由超声波发射电路、接收电路、控制部分及电源四部分组成。控制部分是以单片机为核心的中央处理单元，除输入/出模块外，还设置了报警控制和执行单元。单片机可以根据设定的工作方式，产生40kHz方波，经过驱动电路驱动超声波发生器发出一簇信号，与此同时，单片机开始计时。接收端经选频后将收到的微弱回波信号检出，送信号放大电路放大，经输出比较产生脉冲输出送单片机
3、中断端，单片机收到中断信号后停止计时，从而计算出距离值送显示，或作为报警和执行单元动作的依据，本系统可以满足多领域的应用。本系统设计电源部分是将220V交流市电经变压、整流、滤波，再经相关稳压电路输出+5V，+12V,-12V等稳定电压输出供传感器工作。本系统中关键电路是超声波发射电路和超声波接收电路。后续课程针对这两部分分别进行重点论述。,超声波发射电路基本原理,超声波发射电路主要由振荡电路、驱动电路和超声波发射头组成。振荡电路产生超声波传感器工作需要的40KHz频率信号。由于超声波振子也有约2000PF的电容，有充放电电流流通，因此，采用驱动电路增大驱动电流，有效驱动超声波振子发送超声波。
4、即使用方波进行驱动，由于振子的谐振作用，也变为正弦波进行发送。本系统的振荡电路可以采用两种方案：一种是利用555产生幅度和占空比可调的40KHz方波信号。另一种是利用单片机产生幅度和占空比可调的40KHz方波信号。,基于555的超声波发射电路,振荡电路部分,驱动电路部分,基于555的超声波发射电路,振荡电路部分,TH=0.7（R1+R2）C1*TL=0.7*R2*C1*T=0.7（R1+2R2）C1*,9V,基于555的超声波发射电路,f=1.44/（R3+2R4+2VR1）C1=40KHz,9V,VR1=？,IC2组成超声波载波信号发生器。载波信号频率40kHz，占空比约50的脉冲。由IC1
5、输出的脉冲信号控制载波。,555时基电路基本特性,555时基振荡电路工作原理,555无稳态工作模式的基本电路如图所示。电路初次通电时，由于电容C1两端电压不能突变，555的2脚为低电平，555时基电路置位，即3脚输出高电平，内部放电晶体管截止，7脚被悬空，此时正电源VDD通过电阻R1、R2向电容C1充电，使C1两端电压不断升高，约经时间t1，C1两端电压即阈值端（6脚）电平升至2VDD/3时，555时基电路翻转复位，3脚输出低电平，同时内部放电晶体管导通，7脚也为低电平，此时电容C1储存电荷将通过R2向7脚放电，使C1两端电压即555的触发端2脚电平不断下降，约经t2时间，电压降至VDD/3时
6、，555时基电路又翻转置位，3脚又输出高电平，7脚再次被悬空，正电源又通过R1,R2向C2充电，如此周而复始，电容C2不断处于充电与放电状态，电路引起振荡，3脚将交替输出高电平和低电平。,555时基振荡电路工作原理,555时基振荡电路输出振荡信号的频率为：输出脉冲占空比为：,实训：如何设计一个555时基电路实现输出频率f为20K，占空比为60%的方波信号？,超声波发射电路基于CD4049的驱动器,本电路采用CMOS六反相器CD4049构成驱动电路，为了增大驱动电流，可以采用CD4049中两个甚至三个方向器并联的方式实现。,为什么两个反相器并联就可以提高驱动能力？,答案：此电路结构称为桥式驱动方
7、式，由于传感器具有高阻特性，其正常工作时需要一定的驱动电流，而每个反相器的输出电流（负载能力）是一定的。两个并联，输出电流加倍，驱动能力当然提高啦！,超声波发射电路基于CD4049的驱动器,问题：左图的驱动方式是否合理，它与前续推荐的电路图有何不同？,实训2：超声波发射电路的制作与调试,实训目的：理解555振荡电路的工作原理和调试技巧。理解CD4049驱动电路的工作原理。实训条件：超声波发射电路板及配套元件一套、超声波接收电路板光板及接收头，直流稳压电源一台，示波器一台，直尺一把。,实训2：超声波发射电路的制作与调试,步骤：1.焊接电路2.观察记录波形555的3脚波形U1 CD4049的2脚波形U2CD4049的4脚波形U3 CD4049的12脚波形U4,
