压电式超声波测距系统技术方案

为优化压电式超声波测距系统的各项参数，提高压电式超声波测距系统的测试性能，本实用新型专利技术提出一种压电式超声波测距系统，其中，超声波发射系统包括产生超声波方波信号的单片机STC12C5202AD和作为发射系统的前置驱动和整理电路的六反相器CD4069；超声波接收系统包括作为接收系统的信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形电路的日本索尼公司生产的集成电路CX20106A；其中，设置有软件分别控制超声波发射器的开启时间和超声波接收器的开启时间；超声波发生器和接收器的间隔距离在5cm以上，且平行于电路板放置。本实用新型专利技术提高了压电式超声波测距系统的灵敏度和抗干扰能力，并且，体积小，易于集成化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及到一种超声波测距系统，特别涉及到一种压电式超声波测距系统。
技术介绍
超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，在相同的传播媒体里(大气条件)传播速度相同，因而，通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可测量距离，即利用超声波测量距离。如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。通常，采用压电式超声波发生器作为超声波测距系统的超声波发生器。所述压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，其内部结构包括两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电 晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时，所述压电式超声波发生器即成为超声波接收器。显然，压电式超声波发生器的工作频率、波长、驱动电路、放大整理电路和测距仪的结构布局等因素，直接影响着超声波测距系统的测量性能。
技术实现思路
为优化压电式超声波测距系统的各项参数，提高压电式超声波测距系统的测试性能，本技术提出一种压电式超声波测距系统。本技术压电式超声波测距系统，包括超声波发射系统和超声波接收系统，超声波发射系统包括产生超声波方波信号的单片机STC12C5202AD和作为发射系统的前置驱动和整理电路的六反相器⑶4069 ;超声波接收系统包括作为接收系统的信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形电路的日本索尼公司生产的集成电路CX20106A ;超声波频率为40kHz，波长为34000/40000=0. 85cm ;超声波发生器和接收器的间隔距离在5cm以上，且平行于电路板放置。进一步的，本技术压电式超声波测距系统的超声波发射系统包括产生超声波方波信号的单片机STC12C5202AD和作为发射系统的前置驱动和整理电路的六反相器⑶4069，包括，单片机STC12C5202AD的Pl. O接口连接六反相器U3A的输入端，U3A的输出端连接六反相器U3B的输入端和六反相器U3E及U3F的并联输入端，U3B的输出端连接六反相器U3C及U3D的并联输入端；六反相器U3E及U3F的并联输出端通过电容Cl连接压电式超声波发生器的一只脚，六反相器U3C及U3D的并联输出端通过电容C2连接压电式超声波发生器的另一只脚；并且，当使用防水超声波发生器时，采用中周变压器，将电压提升到IlOV至150V后再连接超声波发生器。进一步的，本技术压电式超声波测距系统超声波的接收系统包括作为接收系统的信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形电路的日本索尼公司生产的集成电路CX20106A，包括，在集成电路CX20106A引脚5设置电阻R5调节带通滤波器的中心频率，在集成电路CX20106A引脚2设置RC电路调节放大倍数及增益。进一步的，本技术压电式超声波测距系统在集成电路CX20106A引脚5设置电阻R5调节带通滤波器的中心频率，包括，当CX20106A引脚5的外接电阻R5取值为200k至220k时，引脚6的电容C3取值为330p，引脚3的电解电容C2取值为3. 3yf。进一步的，本技术压电式超声波测距系统在集成电路CX20106A引脚2设置RC电路调节放大倍数及增益，包括，当RC电路中的电阻Rl取值为4. 7 Ω、电源电压Ncc取值为5V时，RC电路中的电容Cl取值为1UF，探测距离为O. 3m至3m之间。本技术压电式超声波测距系统的有益技术效果是提高了压电式超声波测距系统的灵敏度和抗干扰能力，并且，体积小，易于集成化。附图说明·附图I是本技术压电式超声波测距系统的超声波发射系统电路图；附图2是本技术压电式超声波测距系统的超声波接收系统电路图。以下结合附图和具体实施方式对本技术压电式超声波测距系统作进一步的说明。具体实施方式附图I是本技术压电式超声波测距系统的超声波发射系统电路图，附图2是本技术压电式超声波测距系统的超声波接收系统电路图，图中，Pl. O和P3. 2均为单片机STC12C5202AD的接口，U3A U3F为六反相器⑶4069，CX20106为日本索尼公司生产的集成电路CX20106A。由图可知，本技术压电式超声波测距系统，包括超声波发射系统和超声波接收系统，超声波发射系统包括产生超声波方波信号的单片机STC12C5202AD和作为发射系统的前置驱动和整理电路的六反相器CD4069 ;超声波接收系统包括作为接收系统的信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形电路的日本索尼公司生产的集成电路CX20106A ;其中，设置有软件分别控制超声波发射器的开启时间和超声波接收器的开启时间；超声波频率为40kHz，波长为34000/40000=0. 85cm ;超声波发生器和接收器的间隔距离在5cm以上，且平行于电路板放置。对于超声波发射系统，由单片机STC12C5202AD产生40KHz的方波，其超声波频率为40kHz,波长为34000/40000=0. 85cm ;并通过单片机STC12C5202AD的Pl. O 口接到⑶4069，而后面的⑶4069则对40KHz频率信号进行调理，以使超声波传感器产生谐振。在使用防水超声波探头时，因驱动电压要求较高，CD4069无法直接驱动超声波传感器，应经过一个中周变压器，将电压提升到IlOV 150V来驱动。具体而言，单片机STC12C5202AD的Pl. O接口连接六反相器U3A的输入端，U3A的输出端连接六反相器U3B的输入端和六反相器U3E及U3F的并联输入端，U3B的输出端连接六反相器U3C及U3D的并联输入端；六反相器U3E及U3F的并联输出端通过电容Cl连接压电式超声波发生器的一只脚，六反相器U3C及U3D的并联输出端通过电容C2连接压电式超声波发生器的另一只脚；并且，当使用防水超声波发生器时，采用中周变压器，将电压提升到IlOV至150V后再连接超声波发生器。对于超声波接收系统，本技术压电式超声波测距系统的超声波接收系统包括作为接收系统的信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形电路的日本索尼公司生产的集成电路CX20106A，包括，在集成电路CX20106A引脚5设置电阻R5调节带通滤波器的中心频率，在集成电路CX20106A引脚2设置RC电路调节放大倍数及增益。CX20106A是日本索尼公司生产的红外遥控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的主要引脚及功能说明如表1-1所示。CX20106A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。CX20106A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。表I. I CX201本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电式超声波测距系统，其特征在于：该测距系统，包括：超声波发射系统和超声波接收系统，超声波发射系统包括产生超声波方波信号的单片机STC12C5202AD和作为发射系统的前置驱动和整理电路的六反相器CD4069；超声波接收系统包括作为接收系统的信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形电路的日本索尼公司生产的集成电路CX20106A；超声波频率为40kHz,波长为34000/40000=0.85cm；超声波发生器和接收器的间隔距离在5cm以上，且平行于电路板放置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许毅勇，
申请(专利权)人：四川华立德科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：