工作原理

　　超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，

　　在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，所以經(jīng)常用超聲波來測(cè)量距離，如測(cè)距儀和物體測(cè)量儀，超聲波測(cè)距儀裝置上有設(shè)置瞄點(diǎn)裝置，只要把儀器對(duì)準(zhǔn)要測(cè)量的目標(biāo)，就會(huì)出現(xiàn)一點(diǎn)在測(cè)距儀的顯示屏幕上，主要是通過聲速來測(cè)量的，肉眼看不見射出的線。

　　超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。

　　超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。

主要用途

　　超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量。

　　超聲波在氣體、液體及固體中以不同速度傳播，定向性好、能量集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力較強(qiáng)。超聲波能以一定速度定向傳播、遇障礙物后形成反射，利用這一特性，通過測(cè)定超聲波往返所用時(shí)間就可計(jì)算出實(shí)際距離，從而實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)量物體距離。超聲波測(cè)距迅速、方便，且不受光線等因素影響，廣泛應(yīng)用于水文液位測(cè)量、建筑施工工地的測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控、振動(dòng)儀車輛倒車障礙物的檢測(cè)、移動(dòng)機(jī)器入探測(cè)定位等領(lǐng)域。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字式超聲波測(cè)距儀通過對(duì)超聲波往返時(shí)間內(nèi)輸入到計(jì)數(shù)器特定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而顯示對(duì)應(yīng)的測(cè)量距離。

組成結(jié)構(gòu)

　　超聲波測(cè)距儀由超聲波發(fā)生電路、超聲波接收放大電路、計(jì)數(shù)和顯示電路組成。

　　超聲波發(fā)生電路為超聲波發(fā)生電路。雙定時(shí)器EN556(U2b)組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。R6和C6構(gòu)成微分電路，其作用是：當(dāng)按鍵S2按下時(shí)，低電平變成正負(fù)尖頂脈沖，經(jīng)過VD1得到負(fù)尖頂脈沖，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。單穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)輸出的高電平持續(xù)約1 ms，即tw≈1．1R5C5≈1 ms。EN556(U2n)組成多諧振蕩器，接地電阻測(cè)試儀振蕩頻率f1=1/T1≈1/{0．7[(R1+R2)+2(R3+R4)]C3≈40 kHz。該振蕩器振蕩受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出電平控制。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高電平時(shí)，多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩，EN556的引腳5輸出約40個(gè)頻率為40 kHz、占空比約50%的矩形脈沖。考慮到多諧振蕩器起振階段不穩(wěn)定，因此設(shè)計(jì)輸m脈沖數(shù)較多。若輸出脈沖數(shù)太少，則發(fā)射強(qiáng)度小，測(cè)量距離短。但脈沖數(shù)過多，發(fā)射持續(xù)時(shí)間長，在距離被測(cè)物較近時(shí)，脈沖串尚未發(fā)射完，這樣導(dǎo)致先發(fā)射出的脈沖產(chǎn)生的回波將到達(dá)接收端，影響測(cè)距結(jié)果，造成測(cè)距盲區(qū)增大。(U1)的U1a~U1e組成超聲波脈沖驅(qū)動(dòng)電路，可提高驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送傳感器的脈沖電壓幅值，有效進(jìn)行電/聲轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)發(fā)射超聲波的能力，增大測(cè)量距離。40 kHz脈沖串的一路經(jīng)U1a反相，再經(jīng)由U1b和U1e并聯(lián)的反相器反相；其另一路經(jīng)南U1c和U1d并聯(lián)的反相器反相。