超声波导盲系统硬件电路设计.doc

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1、超声波导盲系统硬件电路设计摘要：中国是世界上盲人数量最多的国家，盲人生活在黑暗的世界中，给工作、生活、社交活动带来莫大的困难，如何安全行走是盲人生活屮最大的问题。为了解决这一问题，作者在研究超声波导盲系统工作原理的基础上，采用C8051F340单片机作为控制器，对导盲系统硬件电路进行设计，解决系统硬件电路问题关键词：导盲仪超声波传感器电路设计超声波导盲系统硬件电路部分主耍包括单片机电路、超声波测距电路、温度补偿电路、报警电路和外围其他电路。系统硬件电路总体结构如图1所示。各模块功能介绍如下：超声波发射电路：实现超声波信号的发射，单片机不断发射出超声波信号，以便实时检测前方是否宥障碍物。超

2、声波接收电路：实现超声波信号的接收，经过滤波和功率放大后送入单片机进行处理。温度传感器电路：检测当前温度环境下的温度，以便将温度传给单片机，进行温度补偿，将测距温差降低到最低。语咅报警电路：根裾需耍，发出报警信号，通知使用者前方出现障碍物等各种情况。一、超声波发射电路超声波导盲系统发射电路采用LM555/LM555C系列时基电路，LM555/LM555C作为一款经典的集成电路，有着比较典型的特性：灵活性强，可以应用到非常多的领域中，通常被用来产生脉冲信号和用作时间延迟。在各种各样的电子产品中均可用到。555时基电路包括两种：TTL型和CMOS型，上述介绍的LM555/LM555C属于前者

3、，TTL型时基电路的特点是输出功率比较大，可以驱动的电流达到200mA。相比较于TTL型，CMOS型的时基电路输出功率比较低，但功耗低，电源电压要求也不如TTL型高，输入阻抗非常高，但是输出的驱动电流不足TTL型的十分之一，通常不超过十毫安。通常把LM555时基电路等同为R-S触发器，相对于R-S触发器的输入端，LM555的阈值端等同于置0端R,高电平有效。触发端(TR)等同于置位端S，低电平使能。其输出端(OUT)就等同于触发器的输出端Q。放电端(DIS)可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反Q端控制：反Q=1时D1S端接地；反Q=0吋D1S端悬空。复位端R，控制电压

4、端R，电源端VCC，接地端GND功能不变，是相比于R-S触发器多出的端口。LM555定时器的主要作用是结合电阻和电容构成充放电电路。利用两个比较器，通过不断检测电容器上电压值的大小，决定输出电平的高低和放电导管的开与闭。使用这个原理和结合方式可以构成一系列功能电路，包括延时电路、单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。利用555时基电路振荡产生40kHz的超声波信号，使之与换能器的40kHz固有频率一致。12V电源能使555时基具有足够驱动能力。P0.1为超声波发射控制信号，由单片机控制。发射电路如图2所示。二、超声波接收电路本系统采用LM567锁相环电路作为音调

5、译码器，LM567电路由三部分组成：电流控制振荡器、鉴相器锁和反馈滤波器。该咅调译码器屮，存在一个锁相环路和一个晶体管开关，在该音调译码器上连接上设定好的音频信号时，便会产生对应的接地方波。该电路由I与Q检波器组成，通过电压驱动振荡器确定译码器的频率。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。LM567锁相环电路可以实现震荡、调制、解调、遥控编码和译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。LM567的工作原理类似于低电压的电源开关，如果其接收到的音频信号符合其要求，在其要求的频率范围之内，便可将其开关连通。除此之外，LM567也能用到可变形发生器或是通用锁相环电路中。在LM5

6、67作为音频信号开关使用时，所能检测的中心频率在0.1至500KHZ范闱间，对应的检测带宽可以设定在中心频率14%内。同时，音频信号开关的启动时间可以借助外部电阻和电容，其可调范围自由设定。LM567的引脚图如图3所示。管脚功能描述：1、2脚通常分别通过一个电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。2脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。1脚所接电容的容量应至少是2脚电容的2倍。3脚是输入端，要求输入信号＞25mV。8脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最人灌电流为100mA。LM567电气参数：LM567的工作电压为4.75〜9V,工作频

7、率从直流到500kIIz,静态工作电流约8inA。LM567芯片使用：LM567为通用音调译码器，主要用于外界接电阻20比1范围，逻辑兼容输出具有吸收100mA电流能力。超声波发射电路发出的超声波信号经过障碍物发射回来后转变成功率极小的交流信号，该交流信号接入运放LM358,经过电路放大后，接入咅频译码器屮的LM567,LM567因为具有选频的功能，其内部的压控振荡器的中心频率，当LM567输入信号的电压值超过25mV时，输出端信号