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1、超声波测距系统超声波工作原理超声波应用超声波发射头研究超声波发射电路电路设计超声波测距接收方案设计超声波测距特点及影响因数软件设计参考文献总结超声波测距原理：超声波在相同的传播媒体里(大气条件)传播速度相同,即在相当大的频率范围内声速不随频率变化,波动的传播方向与振动方向一致,是纵向振动的弹性机械波,它是借助于传播介质的分子运动而传播的,波动方程描述方法与电磁波是类似的。式中,A(x)为振幅,A0为常数,ω为圆频率,t为时间,x为传播距离,k=2π/λ为波数,λ为波长,α为衰减系数。衰减系数α与声波所在介质及频率的关系为α=af2（3）式
2、中,a为介质常数,f为振动频率。在空气里,a=2×10-13s2/cm,当振动的声波频率f=40kHz(超声波)代入式(3)可得a=3.2×10-4cm-1,即1/α=31m;若f=30kHz,则1/α=56m。它的物理意义是:声波在空气媒质里传播,因空气分子运动摩擦等原因,能量被吸收损耗。在(1/α)长度上,平面声波的振幅衰减为原来的e分之一,由此可以看出,频率越高,衰减得越厉害,传播的距离也越短。考虑实际工程测量要求,在设计超声波测距仪时,选用频率f=40kHz的超声波,波长为34000/40000=0.85cm。超声波测距应用：1.
3、超声波流量计：测量水的流速，这是因为超声波是一种机械波，依靠介质才能传播，其传播方向受介质运动影响，因此，水可以改变传播方向。进而可以做出超声波流量计，可应以自来水、工业用水、农业用水等进行测量。还适用于下水道、农业灌渠、河流等流速的测量。2.超声波测距仪：用以测量液位、井深、管道长度、建筑测量、厚度测量等。3.报警器：盲人探路器、防盗报警等4.定位系统：用以探测超声波发射源位置，在生活中有重要意义，如人说话、呼吸的时候不光产生声波，同样也会产生部分超声波，呼出的气体分子与空气分子碰撞就产生超声波。气管漏气，轮胎漏气，阀门泄漏、阀门气蚀、
4、齿轮运行、电晕放电等都会产生超声波。通过接收器看以看出哪里有漏洞。超声波发射头研究：保持vi不随f变化，测量数据如下：（频率单位：khz，输出电压为峰峰值，单位V）f1020303538404245505152535560Vo9.528.166.085.444.323.764.326.483.281.61.926.88.326.32从图中可以得出结论：Ø超声波发射的串联谐振频率有两个，一个是40khz，一个是51khz；其对应的阻抗分别为：1.27kΩ和381Ω方案一超声波发射电路图1-1由单片机产生40KHz的方波，并通过单片机的P1.
5、0口接到CD4069，而后面的CD4069则对40KHz频率信号进行调理，以使超声波传感器产生谐振。超声波发射电路信号走向··图1-2超声波接收电路图1-3当超声波接收头收到发射信号时，便通过CX20106进行前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检波和比较、积分及施密特触发比较得到解调处理后的信号。7脚为信号输出口，没收到信号时为高电平，收到后变为低电平，之后又恢复高电平。（a）为接收信号，（b）为有源峰值检波，如图1-4图1-4CX20106使用超声波接收电路使用了集成电路cx20106AI到。cx20106A是日本索尼公司生产的红外遥控
6、系统中作接收预放用的双极型集成电路，可用来代换多种型号的遥控接收集成电路。CX20106A的内电路框图及信号流向如图1-4所示。CX20106内部结构如下：图1-5集成电路Cx20106A可用来完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能，各部分参数值如表1-1所示。其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载;其带通滤波器中心频率可由芯片脚5的外接电阻调节，不需要外接电感，可避免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。CX20106
7、A接收超声波有很高的灵敏度和抗干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的相互干扰，减小电噪声。CX20106主要引脚说明（表1-1）：脚号符号引脚名称说明1IN信号输入端该脚输入阻抗约为40士5k92RCRC网络连接端该脚与地间接有RC串联网络，用来确定前置放大器的频率特性和增益。电阻增大，电容值小，则增益低:反则高。但电容不宜过大，否则瞬态响应速度会降低。3c检波电容连接端该脚与地间连接着检波电容。电容量大为平均值检波，瞬态响应灵敏度低;电容量小，则为峰值检波，瞬态响应灵敏度高，但检波输出的脉宽变动大，易造
8、成遥控误动作。4GND接地端5f。带通滤波器中心频率设置端该脚与电源间所接电阻R用来设置带通滤波器的中心频率f。6330p积分电容连接端该脚所接的积分电容，标准值为330PF。当其容量值变大，
