单片机超声波测距模块的线路总覧 -

标题: 单片机超声波测距模块的线路总覧 [打印本页]

作者: dalaoshi 时间: 2018-5-3 15:32
标题: 单片机超声波测距模块的线路总覧
本帖最后由 dalaoshi 于 2018-5-3 16:22 编辑

我制作的电子琴需要一个能用手掌控制声量和移调的设备，想到用超声波来测定手掌对发射器的距离，用51单片机转换成midi讯号输出到音源，买了现成的超声波模块来测试，结果是不合用，那些模块能测定达4米的距离，但在5厘米的范围内作精度1mm的测定就力不从心了，更何况我还需要同时用两个收发器测定手掌的水平偏移产生移调讯号（pitch bank），因此决定自己画底板制作超声波测距器。

第一步工作就是收集现成的超声波线路，有些线路是相当古老的，零件难找到，不能用，这是找到几款线路：

1. 运算放大器+电压比较器超声波接收器：

采用比较新款的NE5532，LM311作比较器，单电源5V供电，U1:B好像是个带通滤波器，这是为40KHZ设计的，可能也可以用在200KHZ或500KHZ的接收，NE5532的截止频率达到10MHZ，应该没问题，但是对带通滤波器不懂计算，比较头疼，还是把线路板画出来试试再说。

另外也想试试一片古老的NE567芯片，这线路能鉴别出40Khz的讯号，但似乎不很合用，因为鉴别需要时间，输出会有延迟，但试试无妨，因此添加在接收器后面，从NE5532S输出端接入讯号。

2. CMOS门电路晶体振荡LM386功放超声波发射器：

单片机要产生40KHZ的方波是没问题的，但市面很容易买到40KHZ的晶体，所以我打算用独立的振荡器，避免以后单片机的定时器不够用，改用CD4011是因为需要一个门来控制振荡，CD4011的输出接到LM386作功率输出，LM386的截止频率是300KHZ, 说明书注明可以用在超声波，于是就画了个底板试试。

有了这两片板大概就能够实验了，但有考虑到测距距离小，必须采用收发一体的超声波器件，查了一下是能买到，但没有说明分体和一体在性能上有什么差别，这方面的线路图也很少，就找到这两张：

原来是通过两个倒接的二级管限压后输入到接收器就可以了。

作者: dalaoshi 时间: 2018-5-3 19:20
3. NE555振荡推挽输出超声波发射器：

NE555是非常出名的IC，能够作出非常多种应用线路，但自从我用手焊方式来做一个低频的振荡电路让LED一闪一闪而竟然失败后，就尽量避免使用，但看到这个线路还是心痒痒想做，因为其振荡方式比较特别，输出是对称推挽式的，应该会很不错，NE555的振荡上限应该有500KHZ, 可以用来实验200KHZ的超声波，电源电压可达到15V，输出不会太小（听说超声波振子需要高电压才会响），另外其第4脚（RESET）应该可以用单片机来控制是否振荡，非常方便，所以就画一个出来试试。

4. 纯晶体管超声波接收器：

这款线路非常简单，看来连带通滤波器也没有，输出只用二级管检波就可以了，听说也可以检测到4米的距离，那个1m的可调电阻要小心，调到0值晶体管T2会烧毁，所以我用固定560K暂时取代。

作者: dalaoshi 时间: 2018-5-3 19:56
5. 大功率正弦波超声波发射器（想象）：

现在流行的超声波测距电路多是方波的，因为方波容易产生，没有人说明用正弦波会有什么不同，那就做一个来试试看，正弦波用一粒古老的ICL8038来做，有点大才小用，这IC的方波能到1MHZ，但正弦波与三角波只能到200KHZ，另外没有现成的接脚能控制振荡，因此加了一个MOSFET管用来把10脚的电容接地以控制振荡。功率输出采用LM1875，没错，就是很有名的LM1875，玩amplifier的都知道，我去查了说明书，其截止频率到达2MHZ，不过很容易发生自激振荡，无论如何做做看就知道结果。

作者: dalaoshi 时间: 2018-5-3 20:55
6. 晶体管多谐振荡超声波发射器：

这是最传统的振荡器，用惯了集成电路的振荡器后，看到了这样工整简单的振荡器特别欣喜，输出直接推动超声波振子，但这线路最大的问题是无法用一体化的振子，因为没有接地点，但我想用一个中周来隔离输出，试试看如何。

7. 晶体管晶振振荡场效应管推挽输出超声波发射器（组合）：

这个振荡电路是以前制作电子钟的电路，频率是32.768KHZ，换上40KHZ的晶振后应该振得很好，输出以对称场效应管推动中周变压器1：10升压，这超声波专用的中周变压器买得到，但最大疑问是会否匹配，不简单啊。推挽部分参考逆变流器线路，是否能用还是个未知数。

Ultra-Low-Power-32KHz-Crystal-Oscillator-Circuit-using-2N3904.jpg (39.4 KB, 下载次数: 157)

作者: dalaoshi 时间: 2018-5-3 21:55
8. 单结场效应管JFET振荡中周升压电路：

这是很少用的场效应管振荡器，漏极用上一个线圈（注明是3.2MH），若能调整到与超声波频率谐振，就是最小型的超声波发射器了，可能输出功率很小，但用在5cm的距离应该可以。

9. SX1308升压电路：

这是准备为电路提供高于5v的电压而画的底板，市上售卖的升压模块没有电池低压保护，这电路加入电压检测IC，HT7030，当锂电池电压低于3.0V时关闭，避免电池损坏。

10. 单片机及电平转换电路：

由于实验的需要，改用40脚的DIP单片机，比较容易临时焊接跳线，另外准备了四个电平转换电路备用以便控制不同电平的部件，全部实验线路集中在意片底板上，PCB打样后容易测试，这些线路和底板都是还没有被实验证明正确无误的，只供参考试验之用，若有发现错误需要修改可在原来的PROTEL .pcb文件修改。

pcb 源文件：

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