超声波测距仪的制作（常规器件）二

   IC6组成R-S触发器构成时间测量电路。可以看出，在发出检测脉冲时（A端为高电平），D端输出高电平，当收到反射回来的检测脉冲时，C端由高变低，此时D端变为低电平，故输出端D的高电平时间即为测试脉冲往返时间。

 
   计数和显示电路由IC6、IC7、IC8、IC9组成，IC7组成计数电路脉冲发生器，原理图如下。
 
其工作频率f = 1/(2.2 x C x R)。电路频率设计在17.2kHz左右。这个频率是根据声波在环境温度为20℃ 时的传播速度为343.5m/s确定的。我们知道在不同的环境温度下，声波的传播速度会有所改变，其关系为v＝331.5+0.6×t,其中v的单位为m/s,t为环境温度，单位为℃。

Temperature (℃)	Speed of sound (m/sec)
-10	325.5
0	331.5
10	337.5
20	343.5
30	349.5
40	355.5
50	361.5

有关计算如下：
     测量距离为1m的物体时，声波的往返时间为：2m/343.5(m/s)=5.82ms。这时计数器显示应为100，即1m，此时计数电路脉冲发生器的频率f＝100/(5.82×10-3)=17.18(kHz)。如电容C(即C14)为2200pF，此时电阻
R = 1/(2.2 x C x f) 
 = 1/(2.2 x 2200 x 10^-12 x 17.18 x 10³)  = 12KΩ
由于在不同的环境温度下，声波的传播速度会不同，为适应不同环境温度下测量的需要，我们要求电阻R具有一定的调节范围，这里用VR2,VR3进行调节，其中VR2为粗调电阻，VR3为精调电阻。同样我们可以算出在不同温度下的计数脉冲频率值，如：温度为46.5℃ 时，
f = 1/(2.2 x C x R) 
 = 1/(2.2 x 2200 x 10-12 x 11.5 x 103) ＝17.97KHz
环境温度为1.5 ℃时f = 1/(2.2 x C x R) )
= 1/(2.2 x 2200 x 10-12 x 12.5 x 103) = 16.53KHz 
    实际上，在不同环境温度下时，我们只要测试标准距离1m，调节计数电路脉冲发生器的频率（VR2和VR3），使其显示为100即可。
 
    这里简单介绍一下计数器的清零及数据锁存过程。A点波形即表现测试脉冲往返的时间，当A点电位由低变高时，由于C1电压不能突变，故B点会产生一个复位脉冲信号使计数器清零，同时IC6内与非门被打开，IC8开始通过CLOCK脚计数；同样当A点电位由高变低时，由于C2电压不能突变，故C点会产生一个锁存脉冲信号使计数器数据被锁存，同时IC6的有关与非门被关闭，IC8开始停止计数，完成计数过程。
 
  C15用于控制显示部分的刷新频率，当C15为1000pF时，刷新频率为1100Hz，由IC9、LED1-LED3、TR1－TR3组成显示电路。

二、元件选择
   这里采用的超声波发射头为T40-16,接收头为R40-16.参数和外形如下：

Item		Specifications
Center frequency (KHz)		40
Overpressure value (dB)		115 <
Sensitivity (dB)		-64 <
Major diameter size (mm)	Diameter	16.2
	Height	12.2
	[rito] ? interval	10.0

三、印刷电路板
   

四、调试
1 调整发射接收电路
    把IC1从插座上拔下，并短接IC1插座的1和3脚，这时IC2的4脚应为高电平，并会持续发出高频载波信号，频率约为40KHz，此时可用示波器监测IC4的1脚信号。让超声波探头朝向一面墙，使发出的超声波返回而被接受器检测到，同时用示波器检测IC4的1脚信号，慢慢调节VR1，使IC4的1脚输出信号最大。 断开IC1插座的1和3脚短接线并插上IC1，此时再用示波器监视IC4的1脚信号，应能看到超声波脉冲串。
 
2 调整误检测电路
    通常该部分电路不需要调整，但如果发现测量几米外的物体，电路始终显示为0.40，这表明该仪器受到自身发出的检测脉冲干扰。这时我们需检查或稍许增多C11的容量，说明第1条线测得于IC6的第1脚，第2条线测得于IC5的3脚，第3条线测得于IC4的1脚，第4条线测得于IC6的10脚。
 
3 调节计数电路脉冲频率
     让电路板垂直于墙面1m处，调节VR3在中间位置，再调节VR2使显示1.00，但在环境温度改变时，一般需再次调节VR2，校准测距仪。

4 关于短距离的测量
     当我们将测距仪逐渐靠近被测物体，最终读数显示在34cm左右。因为这个电路C11取值为0.1uF，由于防误检测电路的保护作用，所以最小测试距离限制为34cm左右，如要进一步缩短测试距离，由前面分析可知，我们必须让发出的测试脉冲宽度更窄，同时减小防误检测电路C11的容量。但由于超声波发射器的输出功率有限，如果缩短测试脉冲时间，意味着减小了测试脉冲的输出功率，在测试距离增加时，会使反射回来的信号很弱，造成仪器在长距离测量时受到影响。

5 关于长距离测量
长距离测量由于各种因素的影响会困难一些。有几点测量时我们必须注意：
1）被测目标必须垂直于超声波测距仪。
2）被测目标表面必须平坦。
3）测量时在超声波测距仪周围没有其他可反射超声波的物体。
由于发射功率有限，测距仪无法测量10m外的物体。