超声波接近探测器

河南科技学院机电学院电子课程设计报告

题目：超声波接近探测器

专业班级：应用电子技术教育091

姓名：

时间：2011.12.5 ～2011.12.23

指导教师：

完成日期：2011年12月23日

超声波接近探测器的设计任务书

1．设计目的与要求

设计一个超声波接近探测器控制电路，要认真并准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：

（1）采用超声波换能探头；

（2）当有物体接近时具备声光报警功能；

（3）能够显示被测物体的距离。

2．设计内容

（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；

（2）确定元器件及元件参数；

（3）电路仿真；

（4）SCH文件生成与打印输出。

3．编写设计报告

写出设计的全过程，附上有关资料和电路图，有总结体会。

4．答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。

目录

1引言 (3)

2总体设计方案 (3)

2.1设计思路 (3)

2.2总体设计框图 (3)

3设计组成及原理分析 (3)

3.1超声波发射电路及原理 (4)

3.1.1超声波发射电路所用元器件 (4)

3.1.2超声波发射电路工作原理 (4)

3.2超声波接收电路工作原理 (4)

3.2.1超声波接收电路工作原理 (4)

3.3结果显示电路及原理 (6)

3.3.1结果显示电路所用元器件 (6)

3.3.2结果显示电路工作原理 (6)

3.4电路说明 (8)

4总结与体会 (9)

参考文献 (9)

附录一 (11)

附录二 (12)

超声波接近探测器

摘要：超声波由555定时器、电容、电阻组成的发生器发出超声波，碰到障碍物后反射回来，由超声波换能探头组成接收电路根据时间差通过4553计数器计算出被测物体距离，在LED七段显示数码管显示出障碍物距离。

关键词：555定时器、超声波，超声波换能探头，时间差测距法

1引言

科技发展到今天，人们的生活中涌现出各种各样的科技产品，各种各样的电子产品更是花样百出、遍及人们生活中的每一部分。现在人们更是感觉到了科技给人们带来的巨大发展，科学技术作为第一生产力，在人类社会的发展中起了很大的推动作用，人类从原始向先进的发展都伴随着科学的发展，从原始的手工到现在的智能控制都是科技发展的结果，先进的科技能减轻人体劳动量、能更合理地利用时间完成任务，可以说科技的微小发展都会给人类带来很大的好处。当代生活中的人们越来越感觉到了社会的飞跃发展，科技的飞速发展给人们很多实惠、生活、学习、工作中都渗透着科技，都能明显地感受到它发展地威力。有时为了检测某个物体的质量但又不能损伤该物体就会用到超声波探测器比如检测建筑质量的好坏、金属零件的是否合格、管道长度等等。对于一个国家的来说超声波也能应用到国家的安全上，比如雷达系统和反雷达系统等等。

2 总体设计方案

利用超声波反射原理，发出的超声波在接触到物体后反射回来，利用发射和接收超声波的时间差在已知超声波在空气中移动速度时计算出发射点到障碍物的实际距离，所以可利用声纳原理解决超声波测距问题。

2.1 设计思路

超声波属于声波的一种类型，具有340m/s的已知速度v，只要测所需要的时间t 就可以知道准确的距离s。时间的测量采用时间差法，测量超声波到障碍的时间要通过计时器实现。超声波的产生采用脉冲信号，脉冲信号可以用CD4553计数，发射头用T40-16接收头用R40-16采用压电式超声波换能探头。结果显示需要模数转换器和LED 显示驱动

2.2 总体设计框图

设计的框图具体说明如下：

由超声波脉冲产生电路发出超声波脉冲信号经过载波信号产生电路载波后经发射头驱动电路和发射头把超声波发射出去。经障碍物反弹后在接收头接收超声波。返回信号和发射信号在信号比较电路比较，再由测量电路测量后得到时间差信号。时间差信号在计数电路计算测量后送给显示电路显示结果。

3.设计组成及原理分析

3.1 超声波发射电路及原理

3.1.1 超声波发射电路所用元器件

555定时器IC2、电阻RA，RB、、电容C、压电超声波换能探头

3.1.2 超声波发射电路工作原理

如图1，由1块555集成电路组成。IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器工作周期计算公式。

图1

3.2超声波接受电路工作原理

D3、D4、LM193、R25、R24组成信号比较、测量、计数和显示电路，即比较和测量从发出的检测脉冲和该脉冲被反射回来的时间差。它是超声波测距电路的核心

3.2.1超声波接收电路工作原理

图2

超声波接收头和V2组成超声波信号的检测和放大。反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R24和R25进行分压，这时在LM193的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量

图3

超声波发射的信号经载波后由R6和R14分压输入VI三极管进行一级放大，再经过C1耦合输入V1进行二级放大，超声波信号经V2的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）放大后的信号经C2输入进比较电路

3.3 结果显示电路及原理

3.3.1 结果显示电路所用元器件

译码器4553、译码器4511、LED七段显示LED1,LED2,LED3、电阻电容数个、二极管数个、三极管数个

3.3.2 结果显示电路工作原理

4011组成R-S触发器构成时间测量电路。可以看出，在发出检测脉冲时（A端为高电平），D端输出高电平，当收到反射回来的检测脉冲时，C端由高变低，此时D端变为低电平，故输出端D的高电平时间即为测试脉冲往返时间。

图4