一種基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于電壓控制的非接觸式超聲波測(cè)距系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，超聲波已廣泛地用于機(jī)械制造、電子冶金、宇航、石油化工、交通等領(lǐng)域，此外在材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占有重要地位。超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水和固體中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接以及醫(yī)療中的碎石和殺菌消毒等。由于傳統(tǒng)的測(cè)距方式在某些場(chǎng)合不方便使用，因此逐漸出現(xiàn)了利用紅外線、激光、電磁波、超聲波等非接觸式的測(cè)量方法。這些年來(lái)，隨著超聲波技術(shù)研宄的不斷深入，再加上其具有高精度、無(wú)損、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，超聲波的應(yīng)用已變得越來(lái)越普及。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的超聲波測(cè)距裝置都是基于單片機(jī)制作，一般都通過(guò)軟件延時(shí)顯示，反應(yīng)速度慢，精度低，隨機(jī)誤差大，尤其不能即時(shí)的測(cè)距，測(cè)量距離短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，采用微分整流、調(diào)制發(fā)送經(jīng)放大的超聲波信號(hào)和自動(dòng)增益控制接收，在響應(yīng)很小信號(hào)的同時(shí)輸出穩(wěn)定的信號(hào)，同時(shí)可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)高精度的即時(shí)測(cè)距，而且反應(yīng)快，穩(wěn)定，能測(cè)得十米左右的距離，精度為I厘米，隨機(jī)誤差在幾毫米左右。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特點(diǎn)是該測(cè)距系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)送模塊、信號(hào)接收模塊和計(jì)數(shù)顯示模塊組成，所述信號(hào)發(fā)送模塊由超聲波發(fā)生電路與調(diào)制電路、載波信號(hào)電路、驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)射電路依次串接而成；所述信號(hào)接收模塊由接收電路與AGC放大電路、倍壓整流電路、比較器電路和測(cè)量電路依次串接而成；所述計(jì)數(shù)顯示模塊由計(jì)數(shù)鎖存電路與譯碼顯示電路依次串接而成；所述調(diào)制電路由串聯(lián)的兩微分整流電路組成，一微分整流電路的輸出接入測(cè)量電路，另一微分整流電路的輸出分別接入計(jì)數(shù)鎖存電路和譯碼顯示電路；所述測(cè)量電路的輸出分別接入計(jì)數(shù)鎖存電路和譯碼顯示電路；所述發(fā)射電路與接收電路為無(wú)線連接。
[0006]所述超聲波發(fā)生電路采用⑶4060振蕩器。
[0007]所述載波信號(hào)電路采用與非門和RC振蕩器。
[0008]所述驅(qū)動(dòng)電路采用電感瞬間放電和脈沖高壓驅(qū)動(dòng)。
[0009]所述AGC放大電路采用兩順序級(jí)聯(lián)的AD603芯片。
[0010]所述計(jì)數(shù)顯示模塊采用控制端的分時(shí)輸出。
[0011 ] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有即時(shí)測(cè)量更遠(yuǎn)的距離，反應(yīng)快，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定好，能測(cè)得十米左右的距離，精度為I厘米，隨機(jī)誤差在幾毫米左右。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參閱附圖1，本發(fā)明由信號(hào)發(fā)送模塊1、信號(hào)接收模塊2和計(jì)數(shù)顯示模塊3組成，所述信號(hào)發(fā)送模塊I由超聲波發(fā)生電路11與調(diào)制電路12、載波信號(hào)電路13、驅(qū)動(dòng)電路14和發(fā)射電路15依次串接而成；所述信號(hào)接收模塊2由接收電路21與AGC放大電路22、倍壓整流電路23、比較器電路24和測(cè)量電路25依次串接而成；所述計(jì)數(shù)顯示模塊3由計(jì)數(shù)鎖存電路31與譯碼顯示電路32串接而成；所述調(diào)制電路12由串聯(lián)的兩微分整流電路組成，一微分整流電路的輸出接入測(cè)量電路25，另一微分整流電路的輸出分別接入計(jì)數(shù)鎖存電路31和譯碼顯示電路32 ;所述測(cè)量電路25的輸出分別接入計(jì)數(shù)鎖存電路31和譯碼顯示電路32 ;所述發(fā)射電路15與接收電路21為無(wú)線連接。
[0014]本發(fā)明這樣進(jìn)行超聲波信號(hào)的發(fā)送:超聲波發(fā)生電路11將高頻信號(hào)輸入調(diào)制電路12，超聲波發(fā)生電路11采用CD4060振蕩器產(chǎn)生高頻信號(hào)，其頻率由超聲波的速度決定，即由溫度來(lái)決定，起到一個(gè)溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩］斎胝{(diào)制電路12的高頻信號(hào)經(jīng)第一個(gè)微分整流電路調(diào)制成脈沖信號(hào)后分兩路輸出，一路接入第二個(gè)微分整流電路再次進(jìn)行調(diào)制，另一路分別接入計(jì)數(shù)鎖存電路31和譯碼顯示電路32。經(jīng)第二個(gè)微分整流電路調(diào)制后的脈沖信號(hào)通過(guò)載波信號(hào)電路13的與非門和RC振蕩器產(chǎn)生的40kHz超聲波調(diào)制，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路14放大后由發(fā)射電路15進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)一個(gè)載波信號(hào)脈沖中要有足夠周期的超聲波，根據(jù)超聲波發(fā)送探頭的特性，只有在有足夠周期數(shù)的超聲波脈沖激勵(lì)下發(fā)射電路15中的超聲波探頭才會(huì)起振并達(dá)到最大振幅，驅(qū)動(dòng)電路14設(shè)有電感瞬間放電和脈沖高壓驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到最大輸出功率。接入計(jì)數(shù)鎖存電路31的脈沖信號(hào)立即進(jìn)行復(fù)位和清零并處于消隱狀態(tài)。接入譯碼顯示電路32的脈沖信號(hào)立即進(jìn)行消隱，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)鎖存電路31和譯碼顯示電路32的雙消隱，譯碼顯示電路32中的數(shù)碼管不顯示數(shù)值，直到超聲波接收端接收到反射的超聲波后再顯示數(shù)值。通過(guò)第二個(gè)微分整流電路加入了一個(gè)延時(shí)，使得發(fā)送超聲波信號(hào)的時(shí)間比計(jì)數(shù)鎖存電路31中的復(fù)位要推遲，即先復(fù)位后發(fā)送，實(shí)現(xiàn)正確計(jì)數(shù)。
[0015]本發(fā)明是這樣進(jìn)行超聲波信號(hào)的接收:當(dāng)發(fā)射電路15發(fā)射的超聲波遇到物體或障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射形成反射波，接收電路21將物體的反射波接收后輸入AGC放大電路22，所述接收電路21通過(guò)兩片AD603使得儀器可以在響應(yīng)很小信號(hào)的同時(shí)輸出穩(wěn)定的信號(hào)，從而測(cè)量更遠(yuǎn)的距離。由于接收到的信號(hào)強(qiáng)弱不一，距離遠(yuǎn)信號(hào)小，距離近信號(hào)大，AGC放大電路22采用兩順序級(jí)聯(lián)的AD603芯片進(jìn)行自動(dòng)增益控制，使接收到的強(qiáng)信號(hào)保持不變，同時(shí)能夠響應(yīng)非常弱小的信號(hào)。經(jīng)AGC放大電路22自動(dòng)增益后的信號(hào)輸入倍壓整流電路23，倍壓整流電路23采用二極管與電容組成，它將接收到的高頻正弦波整流后輸入比較器電路24與經(jīng)瞬時(shí)放大的發(fā)送端脈沖信號(hào)進(jìn)行比較，使得用于輸出的信號(hào)作為比較信號(hào)在瞬間被放大，從而使近距離的干擾信號(hào)無(wú)法對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生影響，使靈敏度得以大大增加，實(shí)現(xiàn)抗干擾，比較器電路24將比較后的信號(hào)接入測(cè)量電路25。所述計(jì)數(shù)顯示模塊3通過(guò)計(jì)數(shù)鎖存電路31與內(nèi)部鎖存器及轉(zhuǎn)換器相互配合，在分時(shí)輸出選擇控制端的控制下，采用分時(shí)輸出方式，通過(guò)譯碼顯示電路32顯示3位十進(jìn)制數(shù)。
[0016]以上只是對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，并非用以限制本專利，凡為本發(fā)明等效實(shí)施，均應(yīng)包含于本專利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于該測(cè)距系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)送模塊、信號(hào)接收模塊和計(jì)數(shù)顯示模塊組成，所述信號(hào)發(fā)送模塊由超聲波發(fā)生電路與調(diào)制電路、載波信號(hào)電路、驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)射電路依次串接而成；所述信號(hào)接收模塊由接收電路與AGC放大電路、倍壓整流電路、比較器電路和測(cè)量電路依次串接而成；所述計(jì)數(shù)顯示模塊由計(jì)數(shù)鎖存電路與譯碼顯示電路串接而成；所述調(diào)制電路由串聯(lián)的兩微分整流電路組成，一微分整流電路的輸出接入測(cè)量電路，另一微分整流電路的輸出分別接入計(jì)數(shù)鎖存電路和譯碼顯示電路；所述測(cè)量電路的輸出分別接入計(jì)數(shù)鎖存電路和譯碼顯示電路；所述發(fā)射電路與接收電路為無(wú)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于所述超聲波發(fā)生電路采用⑶4060振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于所述載波信號(hào)電路采用與非門和RC振蕩器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路采用電感瞬間放電和脈沖高壓驅(qū)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于所述AGC放大電路采用兩順序級(jí)聯(lián)的AD603芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)數(shù)顯示模塊采用控制端的分時(shí)輸出。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電壓控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特點(diǎn)是該測(cè)距系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)送模塊、信號(hào)接收模塊和計(jì)數(shù)顯示模塊組成，所述信號(hào)發(fā)送模塊由超聲波發(fā)生電路與調(diào)制電路、載波信號(hào)電路、驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)射電路依次串接而成；所述信號(hào)接收模塊由接收電路與AGC放大電路、倍壓整流電路、比較器電路和測(cè)量電路依次串接而成；所述計(jì)數(shù)顯示模塊由計(jì)數(shù)鎖存電路與譯碼顯示電路依次串接而成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有即時(shí)測(cè)量更遠(yuǎn)的距離，反應(yīng)快，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定好，能測(cè)得十米左右的距離，精度為1厘米，隨機(jī)誤差在幾毫米左右。
【IPC分類】G01S15-10
【公開號(hào)】CN104714236
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510137329
【發(fā)明人】郎權(quán)明, 宋杰, 郭方敏
【申請(qǐng)人】華東師范大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月27日