超声波报警器的设计与制作

超声波报警器的设计与制作

此款超声波报警电路能精确测量入侵物的距离。因为声波传输速度每秒340m，光波传输每秒3×l0（5）km，从发射到1m外的物体反射到接收，声波经过时间约5.9ms，用周期l00ns电脉冲来计数，含有59000个脉冲。同样距离光只需6.6ns。

比一个TTL门电路的传播延迟要15ns小一半。可见用声测短距离比光容易。

主要元器件：发射器部分主要有集成电路74HC04、74HC00各一块，超声发射传感器MA40S2S一个。接收器部分主要有集成电路TL084、74HC74各一块，超声接收传感器MA40S2R一个。两部分合装在一块印制板上。超声传感器的结构如下图，就像一个缩小的压电陶瓷片，尺寸小了，谐振频率就高了。频率高到20kHz以上，人耳就听不见了，这就是超声。市售的超声传感器常常用在38—40kHz。为了加强收发能力，在陶瓷片前加一个喇叭状共振振子，原理就像喊话的喇叭筒一样。图示是市售常见的开放型的，在喇叭振子前有一个开孔的外罩。因为孔的尺寸远远小于超声波波长，外罩对声波的阻挡作用很小。还有一种防滴漏型超声传感器，外壳密封，陶瓷片按装在外壳内侧。后者的效率不如前者。超声传感器的阻抗是电容型的，电容量约1600pF，单用一个CMOS门驱动力不足，一般用2-3个门并联驱动。

工作原理：如上图和下图所示。发射头发出一束40kHz的超声波，其持续时间T1小于1ms 而间隔时间达几十毫秒。如果在1m内有人存在，人体吸收了一部分波，反射了一部分波，发射波到达接收头要延迟两个l/340s约5.9ms。和发射同步产生一个“一米限制脉冲”，其脉冲宽度为T2=T1+5.9ms，在T2为高期间，有回波，说明人在1m线内，过了T2高电平期间，即使有回波，就是人在1m以外，不能启动报警。D触发器正好有这个功能，将“一米限制脉冲”作为D输入，“回波”作为CP，CP上升期间D输入送到Q。图中回波信号1使Q=l，回波信号2使Q=0。

发送器电路分析如下图所示。U1为6反相器74HC04，UU，U1_2构成CMOS多谐振荡器，为了做到输出不对称，b点低电平使的充电回路和b点高电平使的放电回路有差别，a