课程设计说明书
题目：超声波传感测距器设计学生姓名：
学院：信息工程学院
班级：
指导教师：
2014年11月20日
目录：
一、摘要………………………………………………………………………
二、设计背景及应用……………………………………………………………
三、方案设计框图与论证………………………………………………………
3.1方案论证及框图……………………………
四、单元电路设计、参数计算及元器件选择……………………………
4.1 电路总框图设计……………………………
4.2 电路单元部分……………………………
4.2.1超声稳频发射电路……………………………
4.2.2超声波接受放大电路……………………………
4.2.3多普勒拍频放大电路……………………………
4.2.4双脉冲检测输出电路……………………………
五、仿真及实测中遇到的问题及解决办法………………………
5.1仿真中遇到的问题………………………
5.2.实测中遇到的问题………………………
六、结论与心得
七、参考文献
摘要
在本设计电路中，主要能完超声波传感探测的作用，电路元件主要由NE556，晶振，非门电路，发射器和超声波传感器组成。
通过驱动电路促使超声波传感器向空间发射频率为40KHZ的超声波，若探测空间中的物体处于静态平衡，没有发生相应方向的位移时，超声波接受电路接受到反射波，并将40KHZ的超声波转变为40KHZ脉冲电压，再由放大电路线性放大后输出，若探测空间有物体运动，则该运动物体上反射的超声波发生频率偏移，那么前级接受并放大的为两个频率行成的拍频，在经过检波，滤波，将拍频信号取出，一部分放大后驱动发光二极管LED指示检测状况，另一部分送到两级单稳延迟电路，只有两部分电路都为高电平的时候，三极管输出低电平，因此探测空间中每一个动静都会LED显示，被用以防止偶然扰动因素造成的报警。
探测的距离可以在0.2~3.5m之间可调，可用车尾行李箱防盗，汽车倒车防撞。
关键词：线性放大，NE556，多普勒拍频，双脉冲检测
Abstract
In this design circuit, mainly the ultrasonic sensor to detect the role of, will complete circuit element is mainly composed of NE556, crystals, and not gate circuit, transmitter and ultrasonic sensors. Through driving circuit to make the ultrasonic sensor to the space is 40 KHZ ultrasonic transmission frequency, if detect objects in space in static equilibrium, without the direction of the corresponding displacement occurs, ultrasonic receiving circuit to the reflected wave, and 40 KHZ ultrasonic into 40 KHZ pulse voltage, again by amplifying circuit output after the linear amplification, if detection space motion, then the moving objects in the reflection of the ultrasonic frequency offset, so level before accepting
and amplified into two line frequency, beat after rectification, filter, remove the beat frequency signal, a portion of the enlarged drive light-emitting diode LED indication test conditions, the other part to two levels of monostable delay circuit, only two parts circuit for high level, the transistor output low level, so the detection of every activity in the space of LED display, used to prevent accidental disturbance factors alarm. Can detect the distance between 0.2 ~ 3.5 m is adjustable, can use the trunk anti-theft, car reversing anti-collision.
Keywords: linear amplifier, NE556, doppler beat frequency, double pulse detection
二、设计背景及其应用
在日常生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。
超声波是指频率大于20kHz的在弹性介质中产生的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。
由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。
三、方案设计框图与论证
本设计电路中主要由4部分组成，分别为超声稳频发射电路、超声波接受放大电路、多普勒拍频放大电路和双脉冲检测输出电路。
首先，发射电路由精密振荡器给出一个输出信号，由非门电路整形，驱动传感器发射40KHZ超声波，多普勒拍频放大电路主要是担任探测空间中有物体移动时对拍频信号的检波，滤波和放大，检测到两个信号同时为高电平时，三极管输出低电平，才输出数字电平信号。
电路方案总体框图
四、单元电路设计、参数计算及元器件选择
4.1总电路框图设计
1.超声稳频发射电路
超声稳频发射电路主要由非门电路ICI，晶振XTL、超声波发射传感器T40-16。
TC1~IC1-3和XTL等构成40KHZ精密振荡器，输出信号经IC1-1整形，推动超声发射传感器T40-16向空间发射40KHZ 的超声波。
在这里，由于超声波传感器器件在Multisim元器件库中没有，所以用一个40KHZ的函数发生器来代替。
2
.超
超声波稳频发射电路
声波接受放大电路
超声波接受放大电路由超声波接收传感器R40-16、VT1、VT2等组成。
R40-16是T40-16的配对接收器，其将空间40KHZ超声波转变为40KHZ脉冲电压，经C2耦合，由VT1,VT2两级线性放大器放大后输出。
超声波接受放大电路实测图
3.多普勒拍频放大电路
由VD1,VD2,VT3,VT4,VT5,IC1-4,ICI-5等组成了多普勒拍频放大电路。
当探测空间为静态平衡时,前级接受放大的是稳定的40KHZ信号.如果探测空间有物体运动,则该运动物体上反射的超声波会发生频率偏移,即多普勒效应。
此时,前级接受放大的将是两个频率所形成的拍频,经本级的VD1,VD2检波,C6,C7滤波,将拍频信号取出,并经VT3,VT4,VT5,ICI-4,ICI-5等多级放大后,输出数字电平信号。
超声波接受放大电路实测图
4.双脉冲检测输出电路
双脉冲检测输出电路由IC2,ICI-6,VD3,VD4,VT7等组成.拍频信号一方面经IC-6，T6直接驱动LED1发光二极管指示检测状况，另一方面送到由双时基集成电路IC2组成的两级单稳延迟电路，输出一个经延迟，展宽的电平。
VD3,VD4,VT7组成一个与非门电路，只当IC1-6与IC2的输出均为高电平时,VT7才输出低电平。
因此探测空间的每一个动静都被LED1显示，但不一定有输出。
必须是一连串动静形成的多脉冲才能使与非门翻转，因此以防止因偶然扰动等因素造成的误报警。
五、仿真中及实测中遇到的问题
5.1仿真中遇到的问题
（1）在Multisim中没有超声波传感器的模块，只有通过一个函数发生器作为40KHZ的超声波，在接受电路中用集成放大器电路组成一个接受电路。
（2）仿真元器件中找不到NE556双脉冲检测发射器。
5.2实测中遇到的问题
电路设计出来后，很多电阻，电容的参数在实验室都找不到匹配的，需要通过串并联来近似地代替，例如330KΩ的电阻需要3个100K欧姆的电阻串联起来，而且有些电容的参数为270nf，实验室电容型号只有102,103,104无法准确地得到270nF的电容，影响实测结果。
六、结论与心得
通过这一次超声波传感探测器的设计，让我们再一次明白光学好数电，模电那些知识根本不够解决超声波探测器的总总问题，一个是发射电路和接收电路的设置，还有对超声波信号的处理，实测电路中线路的搭建也不容小觑，但是总体来说还是进步了，认识到了超声波探测的原理，并实现了部分距离可调。
七、参考文献
[1] 阎石．数字电子技术基础（第五版）[M]．北京：高等教育出版社．2006
[2] 中国集成电路大全编委会．中国集成电路大全—TTL集成电路[M]．北京：国防工业出版社．1985：567-600。