CN205404805U - 一种基于单片机的超声测距系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于超声测距技术领域，具体涉及一种基于单片机的超声测距系统，包括单片机、发射电路和接收电路，所述单片机分别通过发射电路、接收电路与发射探头和接收探头相连接；所述接收电路包括相连接的放大电路、检测电路，所述检测电路包括依次连接的包络检波电路、峰值采样电路和门限检测电路，所述门限检测电路与单片机相连接；放大电路通过A/D转换电路与单片机相连接；所述单片机还连接有稳压电源和LED显示模块；本实用新型以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离为适应不用的测距范围，可将单片机设置远近两种发射模式，具有使用方便，测量精度高等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于超声测距技术领域，具体涉及一种基于单片机的超声测距系统。
背景技术
随着检测技术研究的不断深入，对超声检测仪器的功能要求越来越高，单数码显示的超声检测仪测读会带来较大的测试误差。进一步要求以后生产的超声仪能够具有双显及内带有单片机的微处理功能。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于提供一种基于单片机的超声测距系统。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种基于单片机的超声测距系统，包括单片机、发射电路和接收电路，所述单片机分别通过发射电路、接收电路与发射探头和接收探头相连接；所述接收电路包括相连接的放大电路、检测电路，所述检测电路包括依次连接的包络检波电路、峰值采样电路和门限检测电路，所述门限检测电路与单片机相连接；放大电路通过A/D转换电路与单片机相连接；所述单片机还连接有稳压电源和LED显示模块。
进一步的，所述放大电路采用三级放大器，包括依次连接的前置放大电路、带通滤波器和程控放大电路，所述程控放大电路通过A/D转换电路与单片机相连接。
进一步的，所述带通滤波器采用带通滤波器MAX275。
进一步的，所述程控放大电路包括：模拟开关4053、程控增益放大器PGA202，所述模拟开关4053的Y端口与程控增益放大器PGA202的正输入端口相连接。
进一步的，所述门限检测电路采用二级门限电路，包括：第一滑动门限比较电路和第二脉宽比较电路。
进一步的，所述发射电路采用方波调制的脉冲发射电路。
进一步的，所述单片机采用MC68HC908GP32单片机。
进一步的，所述单片机还连接有工作状态指示灯。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：通过以单片机为微控制器，并将微控制器连接LED显示模块，完成数据的采集、处理和显示；利用放大电路放大信号，利用检测电路消除噪声，并通过在检测电路内设置门限检测电路，能够有效的降低系统检测的误识率。本系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离为适应不用的测距范围，可将单片机设置远近两种发射模式，具有使用方便，测量精度高等优点。
附图说明
图1为本实用新型系统结构框图。
图2为本实用新型系统电路原理图。
图3为本实用新型发射电路原理图。
图4为本实用新型接收前置及带通放大电路原理图。
图5为本实用新型程控放大电路原理图。
图6为本实用新型检波及峰值采样电路与第一门限比较电路原理图。
图7为本实用新型第二门限比较电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。
参见图1、图2，本实用新型包括单片机、发射电路和接收电路，所述单片机分别通过发射电路、接收电路与发射探头和接收探头相连接；所述接收电路包括相连接的放大电路、检测电路，所述检测电路包括依次连接的包络检波电路、峰值采样电路和门限检测电路，所述门限检测电路与单片机相连接；放大电路通过A/D转换电路与单片机相连接；所述单片机还连接有稳压电源、LED显示模块和工作状态指示灯。单片机采用MC68HC908GP32单片机。门限检测电路采用二级门限电路，包括：第一滑动门限比较电路和第二脉宽比较电路。
参见图4、图5，所述放大电路采用三级放大器，包括依次连接的前置放大电路、带通滤波器和程控放大电路，所述程控放大电路与通过A/D转换电路与单片机相连接。带通滤波器采用带通滤波器MAX275。所述程控放大电路包括：模拟开关4053、程控增益放大器PGA202，所述模拟开关4053的Y端口与程控增益放大器PGA202的正输入端口相连接。
前置放大器是高阻抗输入级，高输入阻抗是为了与传感器的高阻抗匹配；中间是带通放大器，即对信号进行有选择的放大，只放大中心频率为44KHz，带宽为2KHz内的回波信号；第三级是程控放大器，这一级作用是将前级送来的变化范围大的回波信号输出控制在一个数量级之内，即压缩信号的动态范围。
前置放大器主要是对超声波传感器的接收信号进行阻抗匹配放大。超声波传感器的阻抗很大，一般在106Ω以上，普通的放大器很难与之匹配，只有MOS结构的放大器才有高的输入阻抗。如图4，采用的JFET输入级的运算放大器LF356。
程控放大电路由一片模拟开关4053和一篇程控增益放大器PGA202组成。测远距离时，回波信号幅度小，PGA202要选用高增益100倍档(A1A0＝10)。但是由于发射信号绕射到接收传感器的主波信号同时也被放大100倍，影响回波的接收和检测。解决的办法是使主波时段开关导通到地(Y1)，时段之外开关和前面电路(YO)相连。测近距离时，回波信号幅度大，PGA202要选用低增益10倍档(A1A0＝01)，此时开关始终与前面电路(Y0)相连。
检测电路由包络检波，峰值采样，门限形成和第一门限比较，第二门限比较组成。如图6，二极管，电容104，12K电阻对信号进行包络检波，二极管选用检波二极管1N4148。
如图6，检波输出一路信号送给模拟开关4053，在PORTA5引脚信号SAMPLE作用期间采样，经放大后形成第一门限送给比较器；另一路直接送给比较器的另一端。门限的衰减常数由电容332和470K电阻决定；当门限低到由滑动变阻器分压得到的电平时，v(t)就不再下降，此即滑动门限原理的应用。
其中用到的三个运算放大器LF356作用分别如下：第一个组成射极跟随器，在电路中起阻抗匹配的作用，因为前面电路的衰减电阻并不能与后级加法电路直连：第二个组成运算放大器加法电路，其表达式为V0＝0.15(V)+1.25V，其中，0.15(V)是由滑动变阻器分压得到的：第三个组成反相器，放大倍数为1，因为前级的加法电路是反相加法器。
参见图7，第二门限比较电路由一片集成单稳态触发器74LSl23和一片D触发器74LS74组成。信道中的各种干扰及电路中的噪声经过放大电路后幅度变大，甚至超过回波的幅度，因此只用幅度作为门限来判别是不够的。如果能够在时间上判别回波的脉冲宽度，误判率就会减少。实验证明，在加了第二门限判决电路后，回波的识别率有很大提高。而且，两个判别电路的逻辑关系是，只有超过第一门限的信号才能进入第二门限判别。
参见图3，本系统采用方波调制的脉冲发射电路，即采用单片机的PORTA4口作为IO口，同时外接驱动芯片来提高其输出电流的驱动能力，保证40KHz的脉冲信号有一定的功率。单片机产生以5个40KHz为一组的脉冲群，加到压电晶片上能使晶片发出超声波，当信号为高电平时，发射传感器两端就加上了高电压，内部的压电晶片开始震动，此时接收传感器的两端可以检测到有40KHz信号；当信号为低电平时，发射传感器通过回路放电，此时接收传感器可以接收到回波信号。如图3所示，由单片机PORTB4产生的发射脉冲，经CD40107来增强驱动能力。40107是MOS电平的驱动器，可工作在5～15V之间，I0V工作电压下典型驱动电流是136mA，为OC门器件，输出端接5W，200Ω电阻到电源。
本系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。工作时，接收探头接收由发射探头发射出的超声波信号，经前置放大电路、带通滤波器和程控放大器进行放大信号和抑制噪声。利用门限电路进一步消除噪声影响，便于后面的分析处理。同时，测距信息通过显示模块进行显示，并利用工作状态指示灯提示工作状态。
Claims (8)
1.一种基于单片机的超声测距系统，其特征在于，包括单片机、发射电路和接收电路，所述单片机分别通过发射电路、接收电路与发射探头和接收探头相连接；所述接收电路包括相连接的放大电路、检测电路，所述检测电路包括依次连接的包络检波电路、峰值采样电路和门限检测电路，所述门限检测电路与单片机相连接；放大电路通过A/D转换电路与单片机相连接；所述单片机还连接有稳压电源和LED显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的超声测距系统，其特征在于，所述放大电路采用三级放大器，包括依次连接的前置放大电路、带通滤波器和程控放大电路，所述程控放大电路通过A/D转换电路与单片机相连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的超声测距系统，其特征在于，所述带通滤波器采用带通滤波器MAX275。
4.根据权利要求2所述的一种基于单片机的超声测距系统，其特征在于，所述程控放大电路包括：模拟开关4053、程控增益放大器PGA202，所述模拟开关4053的Y端口与程控增益放大器PGA202的正输入端口相连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的超声测距系统，其特征在于，所述门限检测电路采用二级门限电路，包括：第一滑动门限比较电路和第二脉宽比较电路。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的超声测距系统，其特征在于，所述发射电路采用方波调制的脉冲发射电路。
7.根据权利要求1所述的一种基于单片机的超声测距系统，其特征在于，所述单片机采用MC68HC908GP32单片机。
8.根据权利要求1所述的一种基于单片机的超声测距系统，其特征在于，所述单片机还连接有工作状态指示灯。
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| CN107966705A (zh) * | 2016-10-19 | 2018-04-27 | 广东大仓机器人科技有限公司 | 基于模数采样的一体化超声波模块 |
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