超聲波測距系統的設計

接收部分的電路由放大電路，帶通濾波電路以及信號變換電路組成。放大電路和帶通濾波電路如圖4所示。由于超聲波信號在空氣中傳播時(shí)受到很大程度的衰減，所以反射回的超聲波信號非常的微弱，不能直接送到后級電路進(jìn)行處理，必須將信號放大到足夠的幅度，才能使后級電路對它進(jìn)行正確的處理。前置放大電路是由集成運放組成的自舉式同相交流放大電路，具有很高的輸入阻抗，C5，C6，C7為隔直電容，R5，R6，R7為偏置電阻，用來(lái)設置放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。帶通濾波器采用二階RC有源濾波器，用于消除超聲波傳播過(guò)程中受到的干擾信號的影響。該電路為二階壓控電壓源帶通濾波電路，圖中RW，C10組成低通濾波網(wǎng)絡(luò )，C9和R12組成高通濾波網(wǎng)絡(luò )，兩者串聯(lián)組成了帶通濾波電路。集成運放和電阻R9，RlO一起組成同相比例放大器，為了使電路能夠穩定工作，必須保證同相比例放大器的增益AV3，帶通濾波器的中心頻率ω0=40kHz， 電路參數可通過(guò)AV=1+R9／R10和ω0=1／R12C2(1／RW+1／R13)確定。經(jīng)過(guò)帶通濾波后的信號經(jīng)專(zhuān)用儀表放大器AD620進(jìn)行放大，然后送到信號變換電路，信號變換電路主要將接收到的包絡(luò )信號變換成單片機的中斷觸發(fā)信號。由包絡(luò )檢波電路，電壓比較器和RS觸發(fā)器組成。包絡(luò )檢波電路由二極管D3，電阻R19，和電容C13組成。經(jīng)過(guò)包絡(luò )檢波得到的信號如圖6中的V2所示。電壓比較器由集成運放和電容電阻組成，為了消除發(fā)送探頭的干擾信號，我們將單片機P1．2輸出的信號加到電壓比較器的同相端，它的波形是250μs的高電平，和29750μs低電平的方波，通過(guò)二極管D3將P1.2和比較器的正向端隔離。當P1．2輸出高電平時(shí)，通過(guò)二極管對電容C14充電，由于二極管是正向導通的，所以充電很快，當P1．2輸出為低電平時(shí)，二極管反向截止，電容通過(guò)電阻RW和R21放電，由于總電阻比較大，所以放電很緩慢，波形如圖6中V3所示，從圖中可看出，在沒(méi)有收到返回信號時(shí)，比較器輸出高電平，如果收到返回信號，比較器便輸出低電平，輸出波形如圖6中Vo所示，通過(guò)這種方法就可以消除發(fā)射探頭對反射回的信號的干擾。