超声波测距-毕业论文设计

有效地辐射由于振动而产生的超声波，并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。如下图所示：

图4.1 压电陶瓷超声波传感器结构图

产品特点

1、高灵敏度、高可靠性、高稳定性

2、耐高、低温度、耐湿度、耐冲击、振动等严酷环境条件 CD4049介绍

CD4049是CMOS集成电路，供电电压范围较广，可以在3~12V工作，工作电流较小，但是性能优越。能够进行六相反向缓存器，是非门一个很好选择。

图4.2 CD4049 结构图和封装形式

本设计采用六相反向缓存器CD4049组成的驱动电路在发射电路中输出40khz的方波，将单极性波变化成双极性的波形，这样可以更好的观察波形并将振荡信号的幅度增大一倍,能够有效地增加超声波地传播距离,达到扩大测距范围的作用. 为防止绝缘电阻下

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降导致超声波传感器转换性能变坏,不能长时间地对传感器施加直流电压，使得波形更加准确。我们加了一个耦合电容，使得波形极性更加准确。 4.1.2 发射电路原理图分析

VCCPC610k10kD9404910CD404910kNPN11E0.2uF40491240khz78Cvcc1635AB40494404920.2uF超声波发射器F404915超声波发射电路14

图4.3 超声波发射电路原理图

在单片机的控制下，在pc6口发出40khz的方波，经过NPN三极管的放大功率，然后经过CD4049与非门提供输出功率，由于CD4049是六相反向缓存器。即是6个与非门，这样则可以改变波的形状。图中标注了CD4049各个引脚的连接方式，1脚要接+5V，而8脚要接地。为防止绝缘电阻下降导致超声波传感器转换性能变坏,不能长时间地对传感器施加直流电压。因此在电路中串入一个耦合电容器, 通过它就可以将直流电压转换为等幅的交变电压，从两个引脚输入40kHz 的脉冲信号，通过其内部的陶瓷片激励器和谐振片转化为机械振动能量，经锥型辐射口将振动信号向外发射40khz的超声波，下面就是发生波形变化，有单极性方波变化成双极性的方波，如下图所示（为细想条件）下：

25us50us75us100ust单极性40khz方波

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25us50us75us100ust双极性40khz方波

图4.4反射电路中方波的变化形式

4.2 超声波接收电路

由于超声波在空气中传播时, 其能量的衰减程度与传播距离成正比, 所以超声波传感器的接收信号一般在1 mV ～ 1 V 之间，因此超声波测距只用于近距离，当距离较远时，衰减较为严重，反射回来的信号相对也比较微弱，因此接收端应先设置一个放大电路，接收电路要提供很高的放大增益, 由于接收传感器的输出是正弦波信号,这就需要设计成交流放大电路，然后通过检波电路对其输出信号进行解调，最后对检波输出信号进行比较整形。超声波接收电路的需要考虑以下几个方面：环境噪声、干扰、温度等影响，

4.2.1震荡选频电路设计：

在本设计中要对40khz的波形进行选频，所以要加一个带通滤波电路，在常见的滤波电路中我们常用并联震荡电路进行选频。如图4.5：理想的电路，无损耗，谐振频率是: f?1/T?1/2?LC 在信号频率较低时，电容的容抗很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的感抗很大，网络呈容性；只有f=f0时，网络才呈现阻性，而且阻抗很大，这是电路产生电路谐振，电容的电场能转化成磁场能，而电感有能将磁场能转化成电场能，二种能量实现转化。我们要产生40khz的方波，所以选用2uF电容和8mH电感。 第 39页 共 64页

VCC2uF8mH 图4.5 震荡选频电路

根据并联网络的频率特性当f=f0时，电压的放大倍数最大，而且无附加相移，对于其他频率的信号，电压放大倍数不但倍数减小。而且存在相移，电路具有选频特性，所以说叫选频放大电路。这样我们就能把其他频率的波过滤掉。 4.2.2 比较电路的设计 LM393介绍

LM393 为双电压比较器，LM393 系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，低电耗，比标准比较器的优势明显时，LM393 系列便与 MOS 逻辑电路直接接口。

图4.6 LM393结构图

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