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数字式超声波测距仪的研制
来源:本站整理  作者:佚名  2009-12-11 12:32:32



2.3 计数和显示电路
    计数和显示电路如图3所示。CD40110B是十进制可逆计数/锁存/译码/驱动器,具有加减计数、计数器状态锁存,七段显示译码输出等功能。每段输出电流最大为25 mA,可直接驱动七段共阴极LED数码管。其中,引脚CPU为加法计数时钟脉冲输入端:Qco是加法计数进位输出端;引脚TE为使能端,TE=0时,计数器工作,TE=1时,计数器禁止计数;LE为锁存控制端;LE=1时,显示数据保持不变,但内部计数器仍正常工作。3个CD40110B组成3位十进制加法计数器。3位LED数码管显示测量距离。U7对应的LED数码管单位为m,U6对应的LED数码管单位为dm,U5对应的LED数码管单位为cm。74HC00的U4a和U4d组成计数电路脉冲发生器。其振荡频率f2≈1/[2.2xC12×(R35+W)]。当环境温度是25℃。测量距离S为1 m时,超声波往返时间T=2S/C≈5.8 ms。
    这时计数器显示应为1.00,即1 m。因此计数器在T=5.8 ms应计数到N=100,这时要求计数电路脉冲发生器脉冲周期T2=T/N=5.8x10-2ms,即要求计数电路脉冲发生器频率应为f2=1/T2=N/T≈17.2 kHz。要使计数电路脉冲发生器的频率是17.2 kHz,当C12为2 200 pF时,R35+W=1/(2.2C12f2)≈12 kΩ。由于不同环境温度下,超声波在空气中的传播速度也不同,所需的计数电路脉冲发生器的频率也就不一样。为提高在不同环境温度下测量的精度,用精密电位器W调节计数电路脉冲发生器的频率,使测距仪显示为1.00。U1f、U4b、U4c组成RS触发器。发射超声波时,C点为高电平,超声波接收放大电路的三极管VQI导通,超声波接收放大电路无信号输入,E点输出高电平,RS触发器的U4c F点输出为低电平,此时CD40110B处于十进制加法计数状态,对脉冲发生器的输入脉冲计数。当超声波发射完毕,C点为低电平。若超声波接收放大电路未接收到返回的超声波,E点仍为高电平,则RS触发器的U4c F点输出仍保持低电平,CD40110B继续计数。一旦超声波接收放大电路接收到返回的超声波,E点变为低电平,RS触发器的U4c F点输出变为高电平,CD40110B停止计数,并锁存显示计数数值;E点恢复高电平,RS触发器的U4cF点输出仍保持高电平,CD40110B仍停止计数、锁存显示计数数值的状态。若被测物超出最大有效测量距离,或者没有被测物时,超声波接收放大电路一直未接收到返回的超声波,E点始终为高电平,计数器计数到999后,再加1计数时,U7产生进位输出,该进位输出使三位计数器复位,显示“0.00”,表示测距无效。同时,三极管VQ2瞬时饱和导通,E点电位瞬时变为低电平,F点电位变为高电平。C11和R12构成上电复位电路,接通电源或按复位键S1瞬间,三位计数器复位,显示“0.00”。同时,三极管VQ2瞬时饱和导通,E点电位瞬时变为低电平。F点电位为高电平。图4为超声波工作波形。

3 器件选型和仪器使用
   
发送传感器采用MA40S2S,接收传感器采用MA40S2R,其中心频率f0=40 kHz。超声波测距仪电路有两个多谐振荡器,为减少实际振荡频率与理论设计频率的误差,且使振荡频率稳定。振荡电路采用误差等级小的金属膜电阻和温度系数小的CB型聚苯乙烯电容。设计PCB板时,填充和加大“地”线面积,避免多谐振荡器之间,以及振荡器对超声波接收放大电路产生干扰。超声波发送传感器和接收传感器平行安装,两者间保持4~8 cm的距离。根据测量范同要求不同,可调整超声波接收放大电路检波电容C9的值,以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。在不同环境温度下使用时,为减少测量误差,使用前需校准测距仪。最好选择与被测物距离相近的标准距离校准。如预计被测物距离约2 m,则在室内选择离墙壁2 m的标准距离校准。每次测距时,须上电复位或按复位键S1,显示“0.00”后,才可按测距开始键S2进行测距。测量时,被测物要垂直于超声波测距仪被测物表面要平坦。

4 结束语
   
数字式超声波测距仪体积小,重量轻,便于携带,操作简单,测距迅速。读数直观。实验表明,最大有效测量距离很难达到1O m以上,经过与被测物距离相近的标准距离校准后,测量误差较小,但测量量程有限。

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