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標題: 單片機超聲波測距模塊的線路總覧 [打印本頁]

作者: dalaoshi 時間: 2018-5-3 15:32
標題: 單片機超聲波測距模塊的線路總覧
本帖最后由 dalaoshi 于 2018-5-3 16:22 編輯

我制作的電子琴需要一個能用手掌控制聲量和移調的設備，想到用超聲波來測定手掌對發射器的距離，用51單片機轉換成midi訊號輸出到音源，買了現成的超聲波模塊來測試，結果是不合用，那些模塊能測定達4米的距離，但在5厘米的范圍內作精度1mm的測定就力不從心了，更何況我還需要同時用兩個收發器測定手掌的水平偏移產生移調訊號（pitch bank），因此決定自己畫底板制作超聲波測距器。

第一步工作就是收集現成的超聲波線路，有些線路是相當古老的，零件難找到，不能用，這是找到幾款線路：

1. 運算放大器+電壓比較器超聲波接收器：

采用比較新款的NE5532，LM311作比較器，單電源5V供電，U1:B好像是個帶通濾波器，這是為40KHZ設計的，可能也可以用在200KHZ或500KHZ的接收，NE5532的截止頻率達到10MHZ，應該沒問題，但是對帶通濾波器不懂計算，比較頭疼，還是把線路板畫出來試試再說。

另外也想試試一片古老的NE567芯片，這線路能鑒別出40Khz的訊號，但似乎不很合用，因為鑒別需要時間，輸出會有延遲，但試試無妨，因此添加在接收器后面，從NE5532S輸出端接入訊號。

2. CMOS門電路晶體振蕩LM386功放超聲波發射器：

單片機要產生40KHZ的方波是沒問題的，但市面很容易買到40KHZ的晶體，所以我打算用獨立的振蕩器，避免以后單片機的定時器不夠用，改用CD4011是因為需要一個門來控制振蕩，CD4011的輸出接到LM386作功率輸出，LM386的截止頻率是300KHZ, 說明書注明可以用在超聲波，于是就畫了個底板試試。

有了這兩片板大概就能夠實驗了，但有考慮到測距距離小，必須采用收發一體的超聲波器件，查了一下是能買到，但沒有說明分體和一體在性能上有什么差別，這方面的線路圖也很少，就找到這兩張：

原來是通過兩個倒接的二級管限壓后輸入到接收器就可以了。

作者: dalaoshi 時間: 2018-5-3 19:20
3. NE555振蕩推挽輸出超聲波發射器：

NE555是非常出名的IC，能夠作出非常多種應用線路，但自從我用手焊方式來做一個低頻的振蕩電路讓LED一閃一閃而竟然失敗后，就盡量避免使用，但看到這個線路還是心癢癢想做，因為其振蕩方式比較特別，輸出是對稱推挽式的，應該會很不錯，NE555的振蕩上限應該有500KHZ, 可以用來實驗200KHZ的超聲波，電源電壓可達到15V，輸出不會太小（聽說超聲波振子需要高電壓才會響），另外其第4腳（RESET）應該可以用單片機來控制是否振蕩，非常方便，所以就畫一個出來試試。

4. 純晶體管超聲波接收器：

這款線路非常簡單，看來連帶通濾波器也沒有，輸出只用二級管檢波就可以了，聽說也可以檢測到4米的距離，那個1m的可調電阻要小心，調到0值晶體管T2會燒毀，所以我用固定560K暫時取代。

作者: dalaoshi 時間: 2018-5-3 19:56
5. 大功率正弦波超聲波發射器（想象）：

現在流行的超聲波測距電路多是方波的，因為方波容易產生，沒有人說明用正弦波會有什么不同，那就做一個來試試看，正弦波用一粒古老的ICL8038來做，有點大才小用，這IC的方波能到1MHZ，但正弦波與三角波只能到200KHZ，另外沒有現成的接腳能控制振蕩，因此加了一個MOSFET管用來把10腳的電容接地以控制振蕩。功率輸出采用LM1875，沒錯，就是很有名的LM1875，玩amplifier的都知道，我去查了說明書，其截止頻率到達2MHZ，不過很容易發生自激振蕩，無論如何做做看就知道結果。

作者: dalaoshi 時間: 2018-5-3 20:55
6. 晶體管多諧振蕩超聲波發射器：

這是最傳統的振蕩器，用慣了集成電路的振蕩器后，看到了這樣工整簡單的振蕩器特別欣喜，輸出直接推動超聲波振子，但這線路最大的問題是無法用一體化的振子，因為沒有接地點，但我想用一個中周來隔離輸出，試試看如何。

7. 晶體管晶振振蕩場效應管推挽輸出超聲波發射器（組合）：

這個振蕩電路是以前制作電子鐘的電路，頻率是32.768KHZ，換上40KHZ的晶振后應該振得很好，輸出以對稱場效應管推動中周變壓器1：10升壓，這超聲波專用的中周變壓器買得到，但最大疑問是會否匹配，不簡單啊。推挽部分參考逆變流器線路，是否能用還是個未知數。

Ultra-Low-Power-32KHz-Crystal-Oscillator-Circuit-using-2N3904.jpg (39.4 KB, 下載次數: 157)

作者: dalaoshi 時間: 2018-5-3 21:55
8. 單結場效應管JFET振蕩中周升壓電路：

這是很少用的場效應管振蕩器，漏極用上一個線圈（注明是3.2MH），若能調整到與超聲波頻率諧振，就是最小型的超聲波發射器了，可能輸出功率很小，但用在5cm的距離應該可以。

9. SX1308升壓電路：

這是準備為電路提供高于5v的電壓而畫的底板，市上售賣的升壓模塊沒有電池低壓保護，這電路加入電壓檢測IC，HT7030，當鋰電池電壓低于3.0V時關閉，避免電池損壞。

10. 單片機及電平轉換電路：

由于實驗的需要，改用40腳的DIP單片機，比較容易臨時焊接跳線，另外準備了四個電平轉換電路備用以便控制不同電平的部件，全部實驗線路集中在意片底板上，PCB打樣后容易測試，這些線路和底板都是還沒有被實驗證明正確無誤的，只供參考試驗之用，若有發現錯誤需要修改可在原來的PROTEL .pcb文件修改。

pcb 源文件：

ULTRA.zip (72.32 KB, 下載次數: 12)

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