文档介绍：超声波测距测量系统
实验报告
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目录
一、实验介绍(实验背景,实验要求) 2
1实验背景 2
2实验要求 2
二、实验方案设计 2
三、具体电路分析 2
1整体部分 2
2我的电路设计及其分析 4
四、实验数据分析 7
1数据及相关处理 7
五、实验步骤与问题解决 7
1实验步骤 7
2遇到过的问题 7
3改进之处 7
项目拓展 8
六、实验总结 9
七、参考文献: 9
八、附录 9
实验介绍(实验背景,实验要求)
1实验背景
所谓超声波传感器,是指在超声波检测技术中,通过超声波仪器首先将超声波发射出去,然后再将接受回来的超声波转换为电信号的工作装置。超声波测距是超声波传感器最为重要的应用之一。
实验室提供传感器的信号为tc40—16d,中心频率为40khz,外径为16mm。
2实验要求
~3m的距离,并由数码显示器显示出来,要求测量精度为2%。提示:超声波在正常大气情况下的传播速度为341m/s。时钟周期为T,则一个时钟周期传播距离为d=341*T/2(M)
实验方案设计
进行实验设计时,我们考虑到采用超声波原理测距时,测出超声波脉冲从发射到接受这一过程,再根据煤质中的声速,就可以求得探头到物体表面之间的距离。
设摊偶到物体表面之间的距离是l,超声波在媒质中的传播速度为v,那么从发射到接受所需时间为t则有l=1/2vt
可见,决定距离l的是参量v和t,用计数电路可以比较容易测出,但现有的实验室提供的条件下,我们难以测量出精度比较高的声速。而且,要用电路达到乘法的效果,以我们现在的知识还有很大困难。
所以我们就想到,假如距离每扩大1cm显示管显示得数就加一,那么我们就能避免乘法的困扰。也就是说,我们应该调出一个适当的频率,使得距离增大1cm,计数电路就多一个脉冲
用于激励超声波传感器的是方波,但得到的超声波反射信号是正弦波,而且他的电压只有毫伏级,并且波形不稳定,杂波比较多。对超声波反射信号的处理,应当包括放大滤波和整形三大步骤。对于波形的放大,我们考虑使用反相比例放大器来实现。滤波则直接由电容来隔直,对于整形,我们选用rs触发器,将正弦波转换为方波。经过上述处理,反射回来的信号就可以参加到后面的数字电路的运算当中去了。
具体电路分析
我的电路设计及其分析:
我负责的电路部分为超声波的发生,接收,放大,整形部分。具体来说分为:
超声波脉冲信号发生器
载波信号发生器
发射驱动电路
发射端
接收端
放大电路
包络检波电路
(一).超声波脉冲信号发生器,载波信号发生器分别由两块555构成 IC1(555)组成超声波脉冲信号发生器,工作周期计算公式如下:RA= RB=150KW C=
TL=*RB*C=1ms
TH=*(RA+RB)*C=64ms
实际测得产生的脉冲为TL=1ms TH=70ms
IC2(555)组成超声波载波信号发生器。由 IC1 输出的脉冲信号控制,输出 1ms 频率 40kHz
计算公式:RA= RB=15KW C=1000pF
TL=*RB*C=10μs TH=*(RA+RB)*C=11μs
F=1/(TL+TH)=
实际TL=11 μs TH=12 μs F=43KHz
(二).超声波发射驱动电路如图
由一块4069六相与非门芯片构成,两端加载在超声波探头发射端,使其发射超声波。
(三).超声波接收与信号放大电路如下图:
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(12V)供电,为保证其可靠工作,这里用 R10 和 R11 进行分压,这时在 IC4 的同相端有 6V 的中点电压,这样可以保证放大的交流信号的质量,不至于产生信号失真。
(四).包络电路则如下图
他将放大的接收信号进行处理并传给比较器(之后部分由搭档完成)具体效果如下图:
四、实验数据分析
1数据及相关处理
从我们的数据中可以看到,-,在实验中我们发现当障碍物距离超声波不足30cm时,数码管显示的距离与实际距离已经不再是一种正常的正比关系了,而是达到了他的一个下限值27cm,距离进一步缩小的话,数码管显示的数字已经没有了太大的变化。因此我们测量的下限值受到了限制。经过我们的分析,我们认为是超声波的发射信号和反射信号在这段范围内的相互干扰的效果已经非常明显了。同时我们发现当测量的距离远大于200mm时,数码管显示的数字已经非常离谱了,这也就限制了测量范围的上限,我们认为当超声波传感器与障碍物之间的距离较远时,超声波的幅度将有明显的衰减,