專利名稱：壓電式超聲波測距系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到一種超聲波測距系統(tǒng)，特別涉及到一種壓電式超聲波測距系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，在相同的傳播媒體里(大氣條件)傳播速度相同，因而，通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時的時間差就可測量距離，即利用超聲波測量距離。如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的要求。通常，采用壓電式超聲波發(fā)生器作為超聲波測距系統(tǒng)的超聲波發(fā)生器。所述壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電 晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時，所述壓電式超聲波發(fā)生器即成為超聲波接收器。顯然，壓電式超聲波發(fā)生器的工作頻率、波長、驅(qū)動電路、放大整理電路和測距儀的結(jié)構(gòu)布局等因素，直接影響著超聲波測距系統(tǒng)的測量性能。
發(fā)明內(nèi)容為優(yōu)化壓電式超聲波測距系統(tǒng)的各項參數(shù)，提高壓電式超聲波測距系統(tǒng)的測試性能，本實用新型提出一種壓電式超聲波測距系統(tǒng)。本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波發(fā)射系統(tǒng)和超聲波接收系統(tǒng)，超聲波發(fā)射系統(tǒng)包括產(chǎn)生超聲波方波信號的單片機STC12C5202AD和作為發(fā)射系統(tǒng)的前置驅(qū)動和整理電路的六反相器⑶4069 ;超聲波接收系統(tǒng)包括作為接收系統(tǒng)的信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形電路的日本索尼公司生產(chǎn)的集成電路CX20106A ;超聲波頻率為40kHz，波長為34000/40000=0. 85cm ;超聲波發(fā)生器和接收器的間隔距離在5cm以上，且平行于電路板放置。進(jìn)一步的，本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)的超聲波發(fā)射系統(tǒng)包括產(chǎn)生超聲波方波信號的單片機STC12C5202AD和作為發(fā)射系統(tǒng)的前置驅(qū)動和整理電路的六反相器⑶4069，包括，單片機STC12C5202AD的Pl. O接口連接六反相器U3A的輸入端，U3A的輸出端連接六反相器U3B的輸入端和六反相器U3E及U3F的并聯(lián)輸入端，U3B的輸出端連接六反相器U3C及U3D的并聯(lián)輸入端；六反相器U3E及U3F的并聯(lián)輸出端通過電容Cl連接壓電式超聲波發(fā)生器的一只腳，六反相器U3C及U3D的并聯(lián)輸出端通過電容C2連接壓電式超聲波發(fā)生器的另一只腳；并且，當(dāng)使用防水超聲波發(fā)生器時，采用中周變壓器，將電壓提升到IlOV至150V后再連接超聲波發(fā)生器。進(jìn)一步的，本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)超聲波的接收系統(tǒng)包括作為接收系統(tǒng)的信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形電路的日本索尼公司生產(chǎn)的集成電路CX20106A，包括，在集成電路CX20106A引腳5設(shè)置電阻R5調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率，在集成電路CX20106A引腳2設(shè)置RC電路調(diào)節(jié)放大倍數(shù)及增益。進(jìn)一步的，本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)在集成電路CX20106A引腳5設(shè)置電阻R5調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率，包括，當(dāng)CX20106A引腳5的外接電阻R5取值為200k至220k時，引腳6的電容C3取值為330p，引腳3的電解電容C2取值為3. 3yf。進(jìn)一步的，本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)在集成電路CX20106A引腳2設(shè)置RC電路調(diào)節(jié)放大倍數(shù)及增益，包括，當(dāng)RC電路中的電阻Rl取值為4. 7 Ω、電源電壓Ncc取值為5V時，RC電路中的電容Cl取值為1UF，探測距離為O. 3m至3m之間。本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)的有益技術(shù)效果是提高了壓電式超聲波測距系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾能力，并且，體積小，易于集成化。

·[0009]附圖I是本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)的超聲波發(fā)射系統(tǒng)電路圖；附圖2是本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)的超聲波接收系統(tǒng)電路圖。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)作進(jìn)一步的說明。
具體實施方式
附圖I是本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)的超聲波發(fā)射系統(tǒng)電路圖，附圖2是本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)的超聲波接收系統(tǒng)電路圖，圖中，Pl. O和P3. 2均為單片機STC12C5202AD的接口，U3A U3F為六反相器⑶4069，CX20106為日本索尼公司生產(chǎn)的集成電路CX20106A。由圖可知，本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波發(fā)射系統(tǒng)和超聲波接收系統(tǒng)，超聲波發(fā)射系統(tǒng)包括產(chǎn)生超聲波方波信號的單片機STC12C5202AD和作為發(fā)射系統(tǒng)的前置驅(qū)動和整理電路的六反相器CD4069 ;超聲波接收系統(tǒng)包括作為接收系統(tǒng)的信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形電路的日本索尼公司生產(chǎn)的集成電路CX20106A ;其中，設(shè)置有軟件分別控制超聲波發(fā)射器的開啟時間和超聲波接收器的開啟時間；超聲波頻率為40kHz，波長為34000/40000=0. 85cm ;超聲波發(fā)生器和接收器的間隔距離在5cm以上，且平行于電路板放置。對于超聲波發(fā)射系統(tǒng)，由單片機STC12C5202AD產(chǎn)生40KHz的方波，其超聲波頻率為40kHz,波長為34000/40000=0. 85cm ;并通過單片機STC12C5202AD的Pl. O 口接到⑶4069，而后面的⑶4069則對40KHz頻率信號進(jìn)行調(diào)理，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振。在使用防水超聲波探頭時，因驅(qū)動電壓要求較高，CD4069無法直接驅(qū)動超聲波傳感器，應(yīng)經(jīng)過一個中周變壓器，將電壓提升到IlOV 150V來驅(qū)動。具體而言，單片機STC12C5202AD的Pl. O接口連接六反相器U3A的輸入端，U3A的輸出端連接六反相器U3B的輸入端和六反相器U3E及U3F的并聯(lián)輸入端，U3B的輸出端連接六反相器U3C及U3D的并聯(lián)輸入端；六反相器U3E及U3F的并聯(lián)輸出端通過電容Cl連接壓電式超聲波發(fā)生器的一只腳，六反相器U3C及U3D的并聯(lián)輸出端通過電容C2連接壓電式超聲波發(fā)生器的另一只腳；并且，當(dāng)使用防水超聲波發(fā)生器時，采用中周變壓器，將電壓提升到IlOV至150V后再連接超聲波發(fā)生器。對于超聲波接收系統(tǒng)，本實用新型壓電式超聲波測距系統(tǒng)的超聲波接收系統(tǒng)包括作為接收系統(tǒng)的信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形電路的日本索尼公司生產(chǎn)的集成電路CX20106A，包括，在集成電路CX20106A引腳5設(shè)置電阻R5調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率，在集成電路CX20106A引腳2設(shè)置RC電路調(diào)節(jié)放大倍數(shù)及增益。CX20106A是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外遙控系統(tǒng)中作接收預(yù)放用的雙極型集成電路，可用來代換多種型號的遙控接收集成電路。CX20106A的主要引腳及功能說明如表1-1所示。CX20106A的前置放大器具有自動增益控制功能，可以保證在超聲波傳感器接收較遠(yuǎn)反射信號輸出微弱電壓時有較高的增益，在近距離輸入信號強時放大器不會過載；其帶通濾波器中心頻率可由芯片腳5的外接電阻調(diào)節(jié),不需要外接電感,可避免外磁場對電路的干擾,可靠性較高。CX20106A接收超聲波有很高的靈敏度和抗干擾能力，可以滿足接收電路的要求。同時，使用集成電路也可以減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲。表I. I CX20106A的主要引腳及功能說明 腳IPi醫(yī)名稱mm'
I IK Ci S 輸入端 ^該腳輸入抗約為40 I: 5k
I—^|ic^ Re M絡(luò)連接端該腳與地_接—IT KC串聯(lián)M·，H〗來確記前W放大器的頻申·特
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端應(yīng)靈敏度低；電容S小，剛為峰值檢波，瞬態(tài)_應(yīng)靈敏度高，
波輸出的味寬變動大，易造成遙擰誤動作。
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權(quán)利要求1.一種壓電式超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于該測距系統(tǒng)，包括超聲波發(fā)射系統(tǒng)和超聲波接收系統(tǒng)，超聲波發(fā)射系統(tǒng)包括產(chǎn)生超聲波方波信號的單片機STC12C5202AD和作為發(fā)射系統(tǒng)的前置驅(qū)動和整理電路的六反相器CD4069 ;超聲波接收系統(tǒng)包括作為接收系統(tǒng)的信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形電路的日本索尼公司生產(chǎn)的集成電路CX20106A ;超聲波頻率為40kHz，波長為34000/40000=0. 85cm ;超聲波發(fā)生器和接收器的間隔距離在5cm以上，且平行于電路板放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述壓電式超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于超聲波發(fā)射系統(tǒng)包括產(chǎn)生超聲波方波信號的單片機STC12C5202AD和作為發(fā)射系統(tǒng)的前置驅(qū)動和整理電路的六反相器⑶4069，包括，單片機STC12C5202AD的Pl. O接口連接六反相器U3A的輸入端，U3A的輸出端連接六反相器U3B的輸入端和六反相器U3E及U3F的并聯(lián)輸入端，U3B的輸出端連接六反相器U3C及U3D的并聯(lián)輸入端；六反相器U3E及U3F的并聯(lián)輸出端通過電容Cl連接壓電式超聲波發(fā)生器的一只腳，六反相器U3C及U3D的并聯(lián)輸出端通過電容C2連接壓電式超聲波發(fā)生器的另一只腳；并且，當(dāng)使用防水超聲波發(fā)生器時，采用中周變壓器，將電壓提升到IlOV至150V后再連接超聲波發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述壓電式超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于接收系統(tǒng)包括作為接收系統(tǒng)的信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形電路的日本索尼公司生產(chǎn)的集成電路CX20106A，包括，在集成電路CX20106A引腳5設(shè)置電阻R5調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率，在集成電路CX20106A引腳2設(shè)置RC電路調(diào)節(jié)放大倍數(shù)及增益。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述壓電式超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于在集成電路CX20106A引腳5設(shè)置電阻R5調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率，包括，當(dāng)CX20106A引腳5的外接電阻R5取值為200k至220k時，引腳6的電容C3取值為330p，引腳3的電解電容C2取值為3. 3 μ f。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述壓電式超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于在集成電路CX20106A引腳2設(shè)置RC電路調(diào)節(jié)放大倍數(shù)及增益，包括，當(dāng)RC電路中的電阻Rl取值為4. 7 Ω、電源電壓Vcc取值為5V時，RC電路中的電容Cl取值為1UF，探測距離為O. 3m至3m之間。
專利摘要為優(yōu)化壓電式超聲波測距系統(tǒng)的各項參數(shù)，提高壓電式超聲波測距系統(tǒng)的測試性能，本實用新型提出一種壓電式超聲波測距系統(tǒng)，其中，超聲波發(fā)射系統(tǒng)包括產(chǎn)生超聲波方波信號的單片機STC12C5202AD和作為發(fā)射系統(tǒng)的前置驅(qū)動和整理電路的六反相器CD4069；超聲波接收系統(tǒng)包括作為接收系統(tǒng)的信號的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形電路的日本索尼公司生產(chǎn)的集成電路CX20106A；其中，設(shè)置有軟件分別控制超聲波發(fā)射器的開啟時間和超聲波接收器的開啟時間；超聲波發(fā)生器和接收器的間隔距離在5cm以上，且平行于電路板放置。本實用新型提高了壓電式超聲波測距系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾能力，并且，體積小，易于集成化。
文檔編號G01S11/14GK202710750SQ20122024409
公開日2013年1月30日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者許毅勇 申請人:四川華立德科技有限公司