目录1 课程设计任务书 (1)2 设计思路及电路原理图 (5)2.1 555振荡电路驱动超声波传感器 (5)2.2 用LM393制作接收电路 (5)2.3 用LM2907N进行信号处理 (6)3 元件列表及主要元件介绍 (11)3.1 元件列表 (11)3.2 主要元件介绍 (11)3.2.1 超声波原理 (11)3.2.2 NE555元件介绍 (12)3.2.3 LM393元件介绍 (13)3.2.4 LM2907N元件介绍 (15)4 电路调试 (18)4.1 调试结果 (18)4.1.1 没有检测到物体时发光二极管点亮 (18)4.1.2 检测到物体时发光二极管熄灭 (18)4．2 电压波形 (19)5 体会 (23)6 参考文献 (25)1 课程设计任务书《传感器原理与检测技术》课程设计任务书题目：物体检测电路的制作一、课程设计任务超声波传感器是利用超声波作为信息传递媒介的传感器，本课题是利用超声波传感器来检测物体的存在。

电路由三部分组成：以555振荡电路作为超声波传感器的驱动电路，以LM393芯片作为超声波传感器的接受电路,以LM2907N芯片把传感器接受到的频率信号转化成电压信号并是发光二极管发光。

二、课程设计目的通过本次课程设计使学生掌握：1）了解超声波传感器的结构和工作原理；2）利用超声波传感器监测物体的存在；3）掌握电子电路实际调试技巧。

从而提高学生系统的设计和调试能力。

三、课程设计要求1、当有物体存在时，发光二极管熄灭；2、当没有物体存在时，发光二极管发光。

四、课程设计内容1、发射电路、接受电路、转化电路的设计；2、电路的调试；3、电路原理图中元件清单。

五、课程设计报告要求报告中提供如下内容：1、目录2、正文（1）课程设计任务书；（2）总体设计方案；（3）原理图（可手画也可用protel软件）；（4）调试、运行及其结果；3、收获、体会4、参考文献六、课程设计进度安排七、课程设计考核办法本课程设计满分为100分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。

2 设计思路及电路原理图设计时采用直接型检测方式物体，将发射器与接收器相向配置，当能够直接接收到对面发射来的超声波时，或者说接收器有信号电压输出时，就表示没有物体在阻挡超声波的传输。

反过来，当没有信号电压输出时，就有物体挡住了超声波的传输。

电路由三部分组成：以555振荡电路作为超声波传感器的驱动电路，以LM393芯片作为超声波传感器的接收电路,以LM2907N芯片把传感器接受到的频率信号转化成电压信号并是发光二极管发光。

设计电路见图电路原理图。

2.1 555振荡电路驱动超声波传感器如图，发射用超声波传感器的驱动电路是使用时基电路555的他激型震荡驱动电路，555振荡电路在他激型驱动电路中，具有可以自由选择振荡频率的优点，但会带来了频率不够稳定的缺点。

可以将频率预设为40KHZ，然后用频率调整电位计将接收用超声波传感器的输出电压调整到最大。

图555振荡电路2.2 用LM393制作接收电路使用比较放大器LM393进行放大。

比较器和运算器一样不进行相位补偿，因此也可以像运算放大器那样告诉运行。

但是，如果把它作为放大器使用，就容易产生自激振荡。

另外，为了避免噪声，可以通过正反馈的方式给它一个很小的滞后电压，图 LM393比较放大电路图2.3 用LM2907N 进行信号处理LM393的输出端接在了转速计用的集成电路LM2907N 上。

由于在LM2907N 的内部有F-V （频率-电压）转换电路和比较电路，所以就变成了频率输入。

这么一来，LM393的矩形波输出就变得非常方便了。

在LM393的输出电路为低电平时，LM2907N 的输入就不足。

这时，在LM2907N 的弟11号引脚VIN-上就只有约为0.6V 的二极管正向电压的压降作为偏置电压，这正好与LM393的电压振幅相吻合。

LM2907N 的F-V 转换电压VOUT 为:VOUT=Vcc Fin C4 R1该电压与集成电路LM2907N 内部的电压比较器进行比较后输出。

设计电路图如下：当Fin=49KHZ时，输出满刻度电压（12V）。

那么，如果在比较器的第10脚OP-输入比较电压Vcc/2=6V，在20KHZ以上时，比较器就会导通，发光二极管发光。

也就是说，通常，在没有物体遮挡超声波的情况下，接收用的超声波传感器MA40A3R中就会有40KHZ的频率输入。

在物体遮挡发光二极管的情况下，接收用的超声波传感器MA40A3R中就没有信号的输入，LM2907N内部的电压比较器电路就会切断，发光二极管也就不会发光。

如果希望发光二极管的指示颠倒过来，也就是希望检测到物体时发光，而在正常状况下，即没有检测到东西时，发光二极管不发光，那么可以将比较器输入端的正负调换过来（OP-与OP+调换过来）图LM2907N工作电路图综合以上分析，总电路设计原理图如下：C3为滤波电容器，Fin>=1/2RC4时，发光二极管发光，Fin=20KHZ时，RC4=25uf。

如果，C4=500PF,R=51KD2向Vin提供0.6V的偏压滤波电容器向Vin提供0.6V的偏压滞后电压调整电路原理图3 元件列表及主要元件介绍 3.1 元件列表3.2 主要元件介绍3.2.1 超声波原理图 超声波传感器超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。

在工业中应用主要采用纵向振荡。

超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。

另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。

在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。

在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。

利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在各个行业得到广泛应用。

超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位传感器；反射型用于材料探伤、测厚传感器等。

超声波传感器的基本原理超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。

电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。

压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。

超声波传感器包括三个部分：超声换能器、处理单元和输出级。

首先处理单元对超声换能器加以电压激励，其受激后以脉冲形式发出超声波，接着超声换能器转入接受状态（相当于一个麦克风），处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析，判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。

如果是，就测量超声波的行程时间，根据测量的时间换算为行程，除以2，即为反射超声波的物体距离。

把超声波传感器安装在合适的位置，对准被测物变化方向发射超声波，就可测量物体表面与传感器的距离。

3.2.2 NE555元件介绍图555引脚图NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

a.NE555的特点有：（1）只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

（2）它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。

（3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

（4）它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

b.NE555引脚位配置说明如下：NE555接脚图：图555内部结构图NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器(AstableMultivibrator)。

3.2.3 LM393元件介绍图LM393元件外观LM393 是双电压比较器集成电路。

该电路的特点如下：工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～±18V；消耗电流小，Icc=0.8mA；输入失调电压小，VIO=±2mV；共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门；采用双列直插8 脚塑料封装（DIP8）和微形的双列8 脚塑料封装（SOP8）图LM393内部结构图LM393引脚功能排列表：LM393主要参数表：电特性（除非特别说明，VCC=5.0V，amb=25℃）3.2.4 LM2907N元件介绍在测量转速（频率）时，目前多采用数字电路，但有些场合则需要转速（频率）的变化与模拟信号输出相对应，这样便可在自动控制系统实验中用频／压转换器件代替测速发电机，从而使实验设备简化。

美国国家半导体公司推出的速度（频率）／电压转换芯片LM2907/LM2917只需接少量的外围元件即可构成模拟式转速表，可用于测量电机转速，实现汽车超速报警等。

图LM2907N元件外观LM2907为集成式频率／电压转换器，芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将频率信号转换为直流电压信号。

图LM2907N内部引脚图LM2907的主要电性能参数如表１所列：表1LM2907的主要电性能参数（Vcc=12VDC,TA=25）4 电路调试4.1 调试结果4.1.1 没有检测到物体时发光二极管点亮4.1.2 检测到物体时发光二极管熄灭4．2 电压波形1.NE555定时器3号引脚的输出波形555震荡电路输出的是频率为39.87KHz，平均电压为6.19V的方波。

可以看出频率在40KHZ左右。

2.超声波传感器发射端的波形超声波的输入信号是频率为39.88KHz、平均电压为趋近于0（13.9mv）的方波。

平均电压会变为0是因为555振荡器的输出信号经过了一个0.1u的电容，由于电容充放电的平衡使得平均电压变为了0，这个信号正好可以作为超声波传感器的输入信号。

3.当没有物体遮挡时，超声波传感器接收端的波形超声波传感器接收器输出信号是频率为40.19KHz的正弦波。

这是因为超声波传感器接收器由于接收到超声波后，里面的压力传感器由于压电效应——即在压电元件上施加压力，使压电元件发生应变，则产生一面为“+ ”极，另一面为“-”极的40KHz 正弦电压。

该正弦波的的最大电压大约是4.64V，最小电压大约是2.56V。