單片機(jī)超聲波測距模塊的線路總覧

ID:283954 · 發(fā)表于 2018-5-3 15:32

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(diào)的設(shè)備，想到用超聲波來測定手掌對發(fā)射器的距離，用51單片機(jī)轉(zhuǎn)換成midi訊號輸出到音源，買了現(xiàn)成的超聲波模塊來測試，結(jié)果是不合用，那些模塊能測定達(dá)4米的距離，但在5厘米的范圍內(nèi)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(fā)器測定手掌的水平偏移產(chǎn)生移調(diào)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(xiàn)成的超聲波線路，有些線路是相當(dāng)古老的，零件難找到，不能用，這是找到幾款線路：

1. 運(yùn)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(shè)計(jì)的，可能也可以用在200KHZ或500KHZ的接收，NE5532的截止頻率達(dá)到10MHZ，應(yīng)該沒問題，但是對帶通濾波器不懂計(jì)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?yàn)殍b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(fā)射器：

單片機(jī)要產(chǎn)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(dú)立的振蕩器，避免以后單片機(jī)的定時器不夠用，改用CD4011是因?yàn)樾枰粋€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?qū)嶒?yàn)了，但有考慮到測距距離小，必須采用收發(fā)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。

ID:283954 · 發(fā)表于 2018-5-3 19:20

3. NE555振蕩推挽輸出超聲波發(fā)射器：

NE555是非常出名的IC，能夠作出非常多種應(yīng)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?yàn)槠湔袷幏绞奖容^特別，輸出是對稱推挽式的，應(yīng)該會很不錯，NE555的振蕩上限應(yīng)該有500KHZ, 可以用來實(shí)驗(yàn)200KHZ的超聲波，電源電壓可達(dá)到15V，輸出不會太�。犝f超聲波振子需要高電壓才會響），另外其第4腳（RESET）應(yīng)該可以用單片機(jī)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(diào)電阻要小心，調(diào)到0值晶體管T2會燒毀，所以我用固定560K暫時取代。

ID:283954 · 發(fā)表于 2018-5-3 19:56

5. 大功率正弦波超聲波發(fā)射器（想象）：

現(xiàn)在流行的超聲波測距電路多是方波的，因?yàn)榉讲ㄈ菀桩a(chǎn)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(diǎn)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(xiàn)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(dá)2MHZ，不過很容易發(fā)生自激振蕩，無論如何做做看就知道結(jié)果。

ID:283954 · 發(fā)表于 2018-5-3 20:55

6. 晶體管多諧振蕩超聲波發(fā)射器：

這是最傳統(tǒng)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?yàn)闆]有接地點(diǎn)，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(yīng)管推挽輸出超聲波發(fā)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(yīng)該振得很好，輸出以對稱場效應(yīng)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(shù)。

ID:283954 · 發(fā)表于 2018-5-3 21:55

8. 單結(jié)場效應(yīng)管JFET振蕩中周升壓電路：

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

9. SX1308升壓電路：

這是準(zhǔn)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(hù)，這電路加入電壓檢測IC，HT7030，當(dāng)鋰電池電壓低于3.0V時關(guān)閉，避免電池?fù)p壞。

10. 單片機(jī)及電平轉(zhuǎn)換電路：

由于實(shí)驗(yàn)的需要，改用40腳的DIP單片機(jī)，比較容易臨時焊接跳線，另外準(zhǔn)備了四個電平轉(zhuǎn)換電路備用以便控制不同電平的部件，全部實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)證明正確無誤的，只供參考試驗(yàn)之用，若有發(fā)現(xiàn)錯誤需要修改可在原來的PROTEL .pcb文件修改。

pcb 源文件：

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