CN209946379U

CN209946379U - 超声波回波接收电路

Info

Publication number: CN209946379U
Application number: CN201920220134.2U
Authority: CN
Inventors: 刘成虎; 林以成; 邓泽微; 周凯
Original assignee: Hangzhou Instrument Automation Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Instrument Automation Co Ltd
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2029-02-21

Abstract

本实用新型公开了超声波回波接收电路。超声波回波信号不稳定，抗干扰能力弱，杂波信号很难滤除。本实用新型的稳压模块通过稳压芯片将外部输入的24V电压稳压为15V电压VCC2供给电压转换模块，电压反相模块和单片机均由电压VCC供电；电压转换模块接收稳压模块输出的电压VCC2，并输出电压VCC1；电压反相模块将单片机输出的方波反相后传给电压转换模块，控制电压转换模块的输出电压VCC1大小，从而控制回波放大模块的通断；回波放大模块导通时将超声波探头接收到的回波信号放大，然后依次经带通滤波电路模块滤波和整流模块整流，最后传给单片机。本实用新型能保证回波信号更加稳定，抗干扰能力更强。

Description

超声波回波接收电路

技术领域

本实用新型属于超声波测距技术领域，具体涉及一种超声波回波接收电路。

背景技术

随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波可运用于距离、物位和液位的测量，适用于建筑物内部、液位的测量等。超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。随着电子测量技术的不断发展，电子测量技术应用越来越广泛，超声波测量技术也得到广泛的应用，而超声波凭借着测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为这些干扰因素的存在，导致回波信号不稳定，抗干扰能力弱，杂波信号很难滤除，如何在复杂环境中筛选出想要接收的超声波回波成为一大难题，也是直接影响测量精度的关键一环，因此超声波接收电路的好坏直接影响超声波测量的精度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能精确且稳定接收超声波的超声波回波接收电路。

本实用新型包括稳压模块、电压反相模块、单片机、电压转换模块、回波放大模块、带通滤波电路模块、整流模块和超声波探头。所述的稳压模块通过稳压芯片将外部输入的24V电压稳压为15V电压VCC2供给电压转换模块，电压反相模块和单片机均由电压VCC供电。所述的电压转换模块接收稳压模块输出的电压VCC2，并输出电压VCC1。电压反相模块将单片机输出的方波反相后传给电压转换模块，控制电压转换模块的输出电压VCC1大小，从而控制回波放大模块的通断。回波放大模块导通时将超声波探头接收到的回波信号放大，然后依次经带通滤波电路模块滤波和整流模块整流，最后传给单片机。

所述的带通滤波电路模块通过两级带通滤波器筛选信号。

所述的整流模块把正弦信号变成一个正向冲击信号。

所述的稳压模块包括稳压芯片U3，稳压芯片U3采用LM317芯片。24V电压接稳压芯片U3的输入端；第十八电阻R18的一端接稳压芯片U3的输出端，第十八电阻R18的另一端接稳压芯片U3的调整端、第一电解电容CD4的正极以及第五稳压二极管D5的负极；第四电解电容CD4的负极和第五稳压二极管D5的另一端都接地。稳压芯片U3的调整端输出15V电压VCC2。

所述的电压反相模块包括六反相器U5，六反相器U5采用MC74HC04ADG芯片；第二十一电阻R21的一端接电压VCC，第二十一电阻R21的另一端接六反相器U5的A4管脚，六反相器U5的A4管脚接入单片机输出的方波；六反相器U5的VCC管脚接第二十一电容C21的一端以及电压VCC，第二十一电容C21的另一端接地；六反相器U5的GND管脚接地；六反相器U5的Y4管脚输出信号VCC1CON；六反相器U5的其余管脚均悬空。

所述的单片机采用ATMEGA1284P芯片。单片机的5管脚、17管脚以及38管脚均接电压VCC；单片机的4管脚接第十九电阻R19的一端和第十八电容C18的一端，第十九电阻R19的另一端接电压VCC，第十八电容C18的另一端接地；单片机的6管脚、18管脚、28管脚以及39管脚都接地；单片机的29管脚第十九电容C19的一端，27管脚接第二十电容C20的一端和第二十电阻R20的一端；第十九电容C19和第二十电容C20的另一端均接地；第二十电阻R20的另一端接电压VCC；单片机的12管脚输出方波；单片机的30管脚接整流模块输出的整流信号；单片机的其余管脚均悬空。

所述的电压转换模块包括超低压差可调稳压器U2，超低压差可调稳压器U2采用LP2980IM5-5.0芯片；超低压差可调稳压器U2的VIN管脚接第十七电阻R17的一端和第二电解电容CD2的正极，第十七电阻R17的另一端接稳压模块的输出电压VCC2；第二电解电容CD2的负极接地；超低压差可调稳压器U2的GND管脚接地；超低压差可调稳压器U2的ON/OFF管脚接电压反相模块的输出信号VCC1CON；超低压差可调稳压器U2的VOUT管脚接第三电解电容CD3的正极，第三电解电容CD3的负极接地；超低压差可调稳压器U2的VOUT管脚输出电压VCC1；超低压差可调稳压器U2的其余管脚接地。

所述的回波放大模块包括三极管Q1，三极管Q1型号为S9013；三极管Q1的发射极接第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端接地；三极管Q1的集电极接第五电阻R5和第九电阻R9的一端；第五电阻R5的另一端接第一电容C1的一端并接电压转换模块的输出电压VCC1；第一电容C1的另一端接地；三极管Q1的基极接第九电阻R9的另一端以及第十二电阻R12的一端；三极管Q1的基极输出放大信号；第十二电阻R12的另一端接第十三电容C13的一端；第十三电容C13的另一端接第四二极管D4的正极、第三二极管D3的负极以及第十一电阻R11的一端；第三二极管D3的正极以及第四二极管D4的负极均接地；第十一电阻R11的另一端接第十二电容C12的一端；第十二电容C12的另一端接入超声波探头的回波信号。

所述的带通滤波电路模块包括第一运算放大器U1B和第二运算放大器U1A；第一放大器U1B的同相输入端接第二放大器U1A的同相输入端、第十四电容C14的一端、第十四电阻R14的一端以及第十三电阻R13的一端；第十四电容C14的另一端和第十四电阻R14的另一端均接地；第十三电阻R13的另一端接第十五电阻R15的一端、第十五电容C15的一端、第一电解电容CD1的正极以及第二运算放大器U1A的正电源端；第十五电容C15的另一端以及第一电解电容CD1的负极均接地；第十五电阻R15的另一端接电压转换模块的输出电压VCC1；第一放大器U1B的反相输入端接第三电阻R3的一端以及第五电容C5的一端；第五电容C5的另一端接第六电阻R6的一端、第一电阻R1的一端以及第二电容C2的一端；第六电阻R6的另一端接第四电容C4的一端；第四电容C4的另一端接回波放大模块输出的放大信号；第一电阻R1的另一端接地；第二电容C2的另一端接第三电阻R3的另一端、第一运算放大器U1B的输出端、第十一电容C11的一端以及第六电容C6的一端；第十一电容C11的另一端接地；第六电容C6的另一端接第七电阻R7的一端；第七电阻R7的另一端接第七电容C7的一端、第二电阻R2的一端以及第三电容C3的一端；第二电阻R2的另一端接地；第七电容C7的另一端接第二运算放大器U1A的反相输入端以及第四电阻R4的一端；第三电容C3的另一端接第四电阻R4的另一端、第二运算放大器U1A的输出端以及第九电容C9的一端；第九电容C9的另一端接地；第二运算放大器U1A的负电源端接地；第二运算放大器U1A的输出端输出滤波信号。

所述的整流模块包括第一二极管D1和第二二极管D2；第八电容C8的一端接带通滤波器模块输出的滤波信号；第八电容C8的另一端接第一二极管D1的正极以及第二二极管D2的负极；第二二极管D2的正极接地；第一二极管D2的负极接第十电阻R10的一端、第十电容C10的一端以及第八电阻R8的一端；第十电阻R10的另一端以及第十电容C10的另一端均接地；第八电阻R8的另一端输出整流信号。

本实用新型具有的有益效果：

1、本实用新型将回波信号经过信号调理，有效地滤除杂波信号，且能保证回波信号更加稳定，抗干扰能力更强。

2、本实用新型调理后的回波信号更易于单片机识别处理，且能提高测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的***框图；

图2为本实用新型中稳压模块的电路原理图；

图3为本实用新型中电压反相模块的电路原理图；

图4为本实用新型中单片机的电路原理图；

图5为本实用新型中电压转换模块的电路原理图；

图6为本实用新型中回波放大模块的电路原理图；

图7为本实用新型中带通滤波电路模块的电路原理图；

图8为本实用新型中整流模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，超声波接收电路包括稳压模块101、电压反相模块102、单片机103、电压转换模块104、回波放大模块105、带通滤波电路模块106、整流模块107和超声波探头108。稳压模块101通过稳压芯片将外部输入的24V电压稳压为15V电压VCC2供给电压转换模块104，电压反相模块102和单片机103均由3.3V电压VCC供电。电压转换模块104接收稳压模块101输出的电压VCC2，并输出电压VCC1。电压反相模块102将单片机103输出的方波反相后传给电压转换模块104，控制电压转换模块104的输出电压VCC1大小，从而控制回波放大模块105的通断。回波放大模块105导通时将超声波探头108接收到的回波信号放大，然后依次经带通滤波电路模块106滤波和整流模块107整流，最后传给单片机103。

带通滤波电路模块106通过两级带通滤波器筛选出一定频率的信号。整流模块107把正弦信号变成一个正向冲击信号。

如图2所示，稳压模块101包括稳压芯片U3，稳压芯片U3采用LM317芯片。24V电压接稳压芯片U3的输入端；第十八电阻R18的一端接稳压芯片U3的输出端，第十八电阻R18的另一端接稳压芯片U3的调整端、第一电解电容CD4的正极以及第五稳压二极管D5的负极；第四电解电容CD4的负极和第五稳压二极管D5的另一端都接地。稳压芯片U3的调整端输出15V电压VCC2。

如图3所示，电压反相模块102包括六反相器U5，六反相器U5采用MC74HC04ADG芯片；第二十一电阻R21的一端接电压VCC，第二十一电阻R21的另一端接六反相器U5的A4管脚，六反相器U5的A4管脚接入单片机103输出的方波；六反相器U5的VCC管脚接第二十一电容C21的一端以及电压VCC，第二十一电容C21的另一端接地；六反相器U5的GND管脚接地；六反相器U5的Y4管脚输出信号VCC1CON；六反相器U5的其余管脚均悬空。

如图4所示，单片机103采用ATMEGA1284P芯片。单片机103的5管脚、17管脚以及38管脚均接电压VCC；单片机103的4管脚接第十九电阻R19的一端和第十八电容C18的一端，第十九电阻R19的另一端接电压VCC，第十八电容C18的另一端接地；单片机103的6管脚、18管脚、28管脚以及39管脚都接地；单片机103的29管脚第十九电容C19的一端，27管脚接第二十电容C20的一端和第二十电阻R20的一端；第十九电容C19和第二十电容C20的另一端均接地；第二十电阻R20的另一端接电压VCC；单片机103的12管脚输出方波；单片机103的30管脚接整流模块107输出的整流信号；单片机103的其余管脚均悬空。

如图5所示，电压转换模块104包括超低压差可调稳压器U2，超低压差可调稳压器U2采用LP2980IM5-5.0芯片；超低压差可调稳压器U2的VIN管脚接第十七电阻R17的一端和第二电解电容CD2的正极，第十七电阻R17的另一端接稳压模块101的输出电压VCC2；第二电解电容CD2的负极接地；超低压差可调稳压器U2的GND管脚接地；超低压差可调稳压器U2的ON/OFF管脚接电压反相模块102的输出信号VCC1CON；超低压差可调稳压器U2的VOUT管脚接第三电解电容CD3的正极，第三电解电容CD3的负极接地；超低压差可调稳压器U2的VOUT管脚输出电压VCC1；超低压差可调稳压器U2的其余管脚接地。

如图6所示，回波放大模块105包括三极管Q1，三极管Q1型号为S9013；三极管Q1的发射极接第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端接地；三极管Q1的集电极接第五电阻R5和第九电阻R9的一端；第五电阻R5的另一端接第一电容C1的一端并接电压转换模块104的输出电压VCC1；第一电容C1的另一端接地；三极管Q1的基极接第九电阻R9的另一端以及第十二电阻R12的一端；三极管Q1的基极输出放大信号；第十二电阻R12的另一端接第十三电容C13的一端；第十三电容C13的另一端接第四二极管D4的正极、第三二极管D3的负极以及第十一电阻R11的一端；第三二极管D3的正极以及第四二极管D4的负极均接地；第十一电阻R11的另一端接第十二电容C12的一端；第十二电容C12的另一端接入超声波探头108的回波信号TRANS。

如图7所示，带通滤波电路模块106包括第一运算放大器U1B和第二运算放大器U1A；第一放大器U1B的同相输入端接第二放大器U1A的同相输入端、第十四电容C14的一端、第十四电阻R14的一端以及第十三电阻R13的一端；第十四电容C14的另一端和第十四电阻R14的另一端均接地；第十三电阻R13的另一端接第十五电阻R15的一端、第十五电容C15的一端、第一电解电容CD1的正极以及第二运算放大器U1A的正电源端；第十五电容C15的另一端以及第一电解电容CD1的负极均接地；第十五电阻R15的另一端接电压转换模块104的输出电压VCC1；第一放大器U1B的反相输入端接第三电阻R3的一端以及第五电容C5的一端；第五电容C5的另一端接第六电阻R6的一端、第一电阻R1的一端以及第二电容C2的一端；第六电阻R6的另一端接第四电容C4的一端；第四电容C4的另一端接回波放大模块输出的放大信号；第一电阻R1的另一端接地；第二电容C2的另一端接第三电阻R3的另一端、第一运算放大器U1B的输出端、第十一电容C11的一端以及第六电容C6的一端；第十一电容C11的另一端接地；第六电容C6的另一端接第七电阻R7的一端；第七电阻R7的另一端接第七电容C7的一端、第二电阻R2的一端以及第三电容C3的一端；第二电阻R2的另一端接地；第七电容C7的另一端接第二运算放大器U1A的反相输入端以及第四电阻R4的一端；第三电容C3的另一端接第四电阻R4的另一端、第二运算放大器U1A的输出端以及第九电容C9的一端；第九电容C9的另一端接地；第二运算放大器U1A的负电源端接地；第二运算放大器U1A的输出端输出滤波信号。由于第一运算放大器U1B和第二运算放大器U1A具有低失调电压、零温漂，使得回波信号更加稳定，抗干扰能力更强。

如图8所示，整流模块107包括第一二极管D1和第二二极管D2；第八电容C8的一端接带通滤波器模块106输出的滤波信号；第八电容C8的另一端接第一二极管D1的正极以及第二二极管D2的负极；第二二极管D2的正极接地；第一二极管D2的负极接第十电阻R10的一端、第十电容C10的一端以及第八电阻R8的一端；第十电阻R10的另一端以及第十电容C10的另一端均接地；第八电阻R8的另一端输出整流信号Sig Out。整流模块将复杂的回波信号转化成一种单片机更易处理的信号，使得测量精度进一步提高。

稳压模块101中，第十八电阻R18起到限流的作用，保护稳压芯片U3不被烧坏；第四电解电容CD4起滤波的作用，使输出信号更加稳定；第五稳压二极管D5是15V稳压二极管，使得输出电压VCC2稳定在15V。

电压反相模块102中，第二十一电阻R21作为上拉电阻，将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，同时起限流作用；第二十一电容C21起到滤波的作用。

带通滤波器模块106选出中心频率为21.85KHz、带宽为4.08KHz的回波输出到单片机。

Claims

1.超声波回波接收电路，包括稳压模块、电压反相模块、单片机、电压转换模块、回波放大模块、带通滤波电路模块、整流模块和超声波探头，其特征在于：所述的稳压模块通过稳压芯片将外部输入的24V电压稳压为15V电压VCC2供给电压转换模块，电压反相模块和单片机均由电压VCC供电；所述的电压转换模块接收稳压模块输出的电压VCC2，并输出电压VCC1；电压反相模块将单片机输出的方波反相后传给电压转换模块，控制电压转换模块的输出电压VCC1大小，从而控制回波放大模块的通断；回波放大模块导通时将超声波探头接收到的回波信号放大，然后依次经带通滤波电路模块滤波和整流模块整流，最后传给单片机。

2.根据权利要求1所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的带通滤波电路模块通过两级带通滤波器筛选信号。

3.根据权利要求1所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的整流模块把正弦信号变成一个正向冲击信号。

4.根据权利要求1所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的稳压模块包括稳压芯片U3，稳压芯片U3采用LM317芯片；24V电压接稳压芯片U3的输入端；第十八电阻R18的一端接稳压芯片U3的输出端，第十八电阻R18的另一端接稳压芯片U3的调整端、第一电解电容CD4的正极以及第五稳压二极管D5的负极；第四电解电容CD4的负极和第五稳压二极管D5的另一端都接地；稳压芯片U3的调整端输出15V电压VCC2。

5.根据权利要求1所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的电压反相模块包括六反相器U5，六反相器U5采用MC74HC04ADG芯片；第二十一电阻R21的一端接电压VCC，第二十一电阻R21的另一端接六反相器U5的A4管脚，六反相器U5的A4管脚接入单片机输出的方波；六反相器U5的VCC管脚接第二十一电容C21的一端以及电压VCC，第二十一电容C21的另一端接地；六反相器U5的GND管脚接地；六反相器U5的Y4管脚输出信号VCC1 CON；六反相器U5的其余管脚均悬空。

6.根据权利要求1所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的单片机采用ATMEGA1284P芯片；单片机的5管脚、17管脚以及38管脚均接电压VCC；单片机的4管脚接第十九电阻R19的一端和第十八电容C18的一端，第十九电阻R19的另一端接电压VCC，第十八电容C18的另一端接地；单片机的6管脚、18管脚、28管脚以及39管脚都接地；单片机的29管脚第十九电容C19的一端，27管脚接第二十电容C20的一端和第二十电阻R20的一端；第十九电容C19和第二十电容C20的另一端均接地；第二十电阻R20的另一端接电压VCC；单片机的12管脚输出方波；单片机的30管脚接整流模块输出的整流信号；单片机的其余管脚均悬空。

7.根据权利要求1所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的电压转换模块包括超低压差可调稳压器U2，超低压差可调稳压器U2采用LP2980IM5-5.0芯片；超低压差可调稳压器U2的VIN管脚接第十七电阻R17的一端和第二电解电容CD2的正极，第十七电阻R17的另一端接稳压模块的输出电压VCC2；第二电解电容CD2的负极接地；超低压差可调稳压器U2的GND管脚接地；超低压差可调稳压器U2的ON/OFF管脚接电压反相模块的输出信号VCC1 CON；超低压差可调稳压器U2的VOUT管脚接第三电解电容CD3的正极，第三电解电容CD3的负极接地；超低压差可调稳压器U2的VOUT管脚输出电压VCC1；超低压差可调稳压器U2的其余管脚接地。

8.根据权利要求1所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的回波放大模块包括三极管Q1，三极管Q1型号为S9013；三极管Q1的发射极接第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端接地；三极管Q1的集电极接第五电阻R5和第九电阻R9的一端；第五电阻R5的另一端接第一电容C1的一端并接电压转换模块的输出电压VCC1；第一电容C1的另一端接地；三极管Q1的基极接第九电阻R9的另一端以及第十二电阻R12的一端；三极管Q1的基极输出放大信号；第十二电阻R12的另一端接第十三电容C13的一端；第十三电容C13的另一端接第四二极管D4的正极、第三二极管D3的负极以及第十一电阻R11的一端；第三二极管D3的正极以及第四二极管D4的负极均接地；第十一电阻R11的另一端接第十二电容C12的一端；第十二电容C12的另一端接入超声波探头的回波信号。

9.根据权利要求1或2所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的带通滤波电路模块包括第一运算放大器U1B和第二运算放大器U1A；第一放大器U1B的同相输入端接第二放大器U1A的同相输入端、第十四电容C14的一端、第十四电阻R14的一端以及第十三电阻R13的一端；第十四电容C14的另一端和第十四电阻R14的另一端均接地；第十三电阻R13的另一端接第十五电阻R15的一端、第十五电容C15的一端、第一电解电容CD1的正极以及第二运算放大器U1A的正电源端；第十五电容C15的另一端以及第一电解电容CD1的负极均接地；第十五电阻R15的另一端接电压转换模块的输出电压VCC1；第一放大器U1B的反相输入端接第三电阻R3的一端以及第五电容C5的一端；第五电容C5的另一端接第六电阻R6的一端、第一电阻R1的一端以及第二电容C2的一端；第六电阻R6的另一端接第四电容C4的一端；第四电容C4的另一端接回波放大模块输出的放大信号；第一电阻R1的另一端接地；第二电容C2的另一端接第三电阻R3的另一端、第一运算放大器U1B的输出端、第十一电容C11的一端以及第六电容C6的一端；第十一电容C11的另一端接地；第六电容C6的另一端接第七电阻R7的一端；第七电阻R7的另一端接第七电容C7的一端、第二电阻R2的一端以及第三电容C3的一端；第二电阻R2的另一端接地；第七电容C7的另一端接第二运算放大器U1A的反相输入端以及第四电阻R4的一端；第三电容C3的另一端接第四电阻R4的另一端、第二运算放大器U1A的输出端以及第九电容C9的一端；第九电容C9的另一端接地；第二运算放大器U1A的负电源端接地；第二运算放大器U1A的输出端输出滤波信号。

10.根据权利要求1或3所述的超声波回波接收电路，其特征在于：所述的整流模块包括第一二极管D1和第二二极管D2；第八电容C8的一端接带通滤波器模块输出的滤波信号；第八电容C8的另一端接第一二极管D1的正极以及第二二极管D2的负极；第二二极管D2的正极接地；第一二极管D2的负极接第十电阻R10的一端、第十电容C10的一端以及第八电阻R8的一端；第十电阻R10的另一端以及第十电容C10的另一端均接地；第八电阻R8的另一端输出整流信号。