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超声波电子导盲电路

发布时间:2020-07-21 18:55:23 阅读: 来源:锐钛钛白粉厂家

1.时序信号的产生因为用电池供电,电压随着使用时间会逐步下降。用通常的RC振荡器频率不稳定。用通常收音机的465kHz的陶瓷振子产生振荡,再经过12分频,得到39kHz信号,再经过一系列的分频可以得到所需得各种时序脉冲信号。4069内部只有一级CMOS反相器,一般称非缓冲门,用“UB”表示,适合做32KHz到465kHz的晶体振荡器,下图中R2的负反馈使UID工作在线性放大区,约为1/2电源电压。UID第9脚有一个微弱的变化经过UID,UIE两级反相,得到同相位的放大r的信号,经过X2三端陶瓷滤波器,只有465kHz的信号能通过,正反馈到UID第9脚。形成连续的振荡。这时如果取走R2照旧有振荡。没有R2,刚接通电源时UID第9脚可能只有零点几伏,第8脚输出高,UIE第 11脚低。

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处于开关状态,不能对小信号放大。不起振。偶尔触一下第9脚可能开始工作,但不一定稳定。可见R2的作用把UID第9脚电平拉到线性区。如果把74HC04代替4069,因为74HC04内部每个门有三级反相门,接上R2后已经形成奇数级环形振荡器的结构,即使没有X2已经有若干兆赫兹的振荡。接上X2也难达到目的。C4,C5,C6是匹配电容。还可以微调频率。接上后实际频率为470kHz。

U2是D触发器,时钟从低到高时Q的状态等于D。如果把Q和D连接起来,就成为二分频器,时钟每来一次翻转一次。开始,Q=0O,Q=1,D=Q就等于1,时钟来一次,Q变成1,Q=0,D=Q就等于0,为下一次时钟来Q变成0做好准备。时钟变二次,Q变一次,就是二分频器。把两级D触发器串联起来,就成为四分频器。现在要三分频,就要加一定的反馈。简单的方法如下图所示。U2A是二分频器,其输出,Q1送U2B的时钟,Q1变O,Q1变1,Q2就翻转。没有反馈时Q2Q1的状态是00,01,10,11。等到11状态立即清0,与非门U3D两个输入端都为1,输出0,U3C输出1,D触发器清0。

R1的作用是延迟,加宽清0脉冲到300ns,1/3信号可以从U3C输出,也可以用Q2,不能用Q1。155kHz信号送到12级二进制异步计数器4040的U6的第10脚时钟端。异步计数器相当于12个接成二分频的D触发器串起来,上一级从1向0变化时下一级才能翻转,每级有5差不多500ns的传输延迟,而且逐级累积。下图是各级波形图,显然,周期为206us的信号先从1变0,3.3ms周期的信号延迟约3μs从0变l,触发U4A、U4B翻转输出为1。

在周期为206μs的信号的负脉冲期间,时间等于103μs-3μs,U4A输出CK1维持1,在206μs的信号的正脉冲期间,信号接U4A的第4脚R端,CK1清0,这种状态一直要等待3.3ms,周期性的触发信号再次来到,才重复出现一次。CK1的脉宽100μs,周期3.3ms。同样,可以分析CK2的脉宽410μs,周期3.3ms。因为清0信号的极性问题,下图的4013不能用74HC74代替。

4040的第7脚输出39kHz信号和CK1通过U3A合成含有4个脉冲的OUT信号,送驱动级。CK1和103}Ls通过U3A合成CK11,是CK1正脉冲的后一半为高的,周期为3.3ms的信号。CK21则是CK2正脉冲的后一半为高的,周期为3.3ms的信号。这些信号以后都有用。

2、发射驱动电路因为超声传感器的输入电容达2700pF之多,低压下用单个CMOS反相门驱动效果差,现在用两两并联推挽驱动(如下图所示)。虚框中是用收发两用头L1的电路。当发射时,L1和传感器串联谐振,加强发射;当接收时,OUT1和OUT2固定电平相当于交流接地,L1和传感器并联谐振,加强接收信号。理论上想得很好,实际试验效果很差。所以后面试验都是收发两个头做的。两个头并列安装,距离2.5cm,出口离地最小1cm,由于超声波长8.5mm.出口前加有0.5mm粗的金属防护条不会影响效果。

3、接收放大电路上图的三级5倍带通滤波器的计算与设计与上期类似,不过这里用晶体管代替运算放大器,原理是一样的,可以更省电,体积更小。信号从USIN进入,当CKl:1时,发射期间,VT2短路信号,防止强信号窜入放大器。放大的信号从Hl,H2输出。由于安装在同一块印制板上,有机械耦合。从中图、下图看出,在发射信号后300μs处有一个固定的接收峰(机械耦合),这个信号小于7cm距离地面的反射波信号,而与距离20~30cm的反射波信号大小相仿。而且背景杂音频率39kHz幅度约1mV。检测有一定难度。我们按信号强度Hl、H2分两段检波,按延迟时间(距离)分成三种情况分析:①距离地面7cm的情况,输入信号特别大,经过一级放大已经超过200mV(Vpp)这时把信号从Hl送到第一检波器。检波器检测到有信号,就有DETOUT2=1。这时第二检波器可能也收到信号(信号在410us处两边各一半).也可能收不到信号。②距离地面7cm~30cm,接收到的信号因距离由近到远而从很大逐步减小,最后被1mV(Vpp)的背景杂音淹没。同时信号的延迟从410μ~33mS放大器的放大倍数125倍,杂音放大到125mV,信号250mV以上时被第一检波器检测到,DETOUT1=1。这时DETOUT2:0,DETOUT1=l或0(较远情况)③距离地面30cm~50cm,信号检测不到,DETOUT2=DETOUT1=0。第一种情况,要求静音;第二种情况,要求变调发声;如果接收不到就同③;第三种情况要求发出警告性音调的声音。图中C16,L1,BC9用于电源滤波作用。

4.检波放大电路一般的二极管检波器,由于二极管的正向压降而有损耗,特别是小信号情况。下图利用运算放大器的高增益,抵消了二极管的正向压降损耗实现理想检波。H2的负半周经过Ala反相放大成为很大的正信号,通过D4到达Alb的正极性输入端,C12充电到峰值,Alb接成跟随器电路,第7脚信号永远和第5脚一致。R17和W2串联负反馈到A1c的第10脚。这时D3因反偏不起作用。Ala反相放大是有限制的,根据运算放大器的“虚开”和“虚短”的假设,在峰值时,14脚通过R17+W2反馈到2脚的电流和H2通过R15的电流之和为零。UH2/R15+U14/(R17+W2)=0,U14/UH2=-(R17+W2)/R15=-1~-10倍。H2负半周而又小于峰值时,反馈电流绝对值超过输入电流,把2脚拉高,1脚变低,D3导通吸收反馈电流。维持2脚和3脚电压相同。(虚短)当正半周情况,Ala反相放大输出1为低,D4不通,D3导通吸收正半周电流。调节电位器可以控制检波增益。CK2=0期间VT5导通,检波输入端被拉高,输出DETOUT1=0。为了满幅度输出,这里要用所谓“轨至轨”CMOS运放,用LM324不行。市售TLC2274常见SOD封装形式的,试验时做一个替换座转成DIP便于插拔。

5.距离-脉宽-数字转换电路如上图所示,CK21是S信号,CK21正脉冲上升时间,通过U11C=1,UIB=0,U1D=OU3B=1(指输出端),COUNT_EN=1(开始计数)返回到U11C的输入端完成—个R-S触发器的置位过程,虽然CK21上冲消失,依然存在置位状态。DETECT2是R信号,DETECT2=1,U11D=1,U3B=0,U11C=0,UIB=1;复位状态,COUNT_EN=0(停止计数)。DETECT1是优先复位信号,不论CK21有没有上冲,只要有DETECT1=1,就有COUNT_EN=0。在下图中,U5-4520是双16进制计数器,COUNT_EN控制计数闸门,COUNT_EN的脉宽就含有多少个19.5KHz,就计多少数。这个数在CK1的上升时间,被锁存在U10-40174中。然后CK11来,把计数器清零,为下一次计数作准备。CK1上升时间与CK11有50uS的时间间隔。U5B与U5A的级联,U5B-Q3要接到U5A-EN,即用下降沿计数,U5B-Q3从1到0,高一位的计数加l。不能用CP。在试验阶段暂时将D5~Dl0接入,检测N5~NO的状态。这是典型的6位二进制数,N5~NO=000000~111111,表示距离由近到远。

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