溫度和濕度雙因素控制超聲波測距的電路設計的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及溫度和濕度雙因素控制超聲波測距的電路設計，實現(xiàn)了一種降低溫度和濕度對超聲波測距的影響，屬于電子科學【技術(shù)領域】。該電路包括文氏振蕩器模塊、穩(wěn)壓器模塊、電壓跟隨器模塊、加法器模塊、電壓放大器模塊、溫度補償電路模塊、超聲波發(fā)射電路模塊、超聲波接收模塊、AD數(shù)據(jù)收集模塊以及8051單片機綜合處理模塊。本實用新型采用AD0809對溫度傳感器以及濕度傳感器的數(shù)據(jù)進行采集計算，再通過單片機對數(shù)據(jù)的綜合處理以及軟件分析，實現(xiàn)減小誤差的目的，使用本實用新型超聲波測距電路，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，準確度相對較高。
【專利說明】溫度和濕度雙因素控制超聲波測距的電路設計

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新涉及一種超聲波測距電路，屬于電子科學【技術(shù)領域】，具體涉及一種溫度補償以及濕度補償綜合作用提高測量精度的超聲波測距電路設計。主要實現(xiàn)一種成本低、高效、精度較高的溫度濕度雙因素控制的超聲波測距的電路。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲波測距裝置在工業(yè)生產(chǎn)電子技術(shù)等領域應用廣泛，但是現(xiàn)有的超聲波測距裝置多應用超聲波回波方式進行測量，但是超聲波在空氣中傳播時受周圍環(huán)境各種因素的影響，精度相對較低，其中最主要的因素就是溫度以及濕度，本實用新型針對環(huán)境中對超聲波測距精度影響較大的兩項因素進行研究，改進設計出了本電路，即由溫度以及濕度雙因素綜合校正得出精度相對較高的超聲波測距值。有很好的發(fā)展前景。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的就是針對當前單一超聲波測距方法的不足，提供一種度補償以及濕度補償綜合作用提高測量精度的超聲波測距電路設計。
[0004]本專利包括文氏振蕩器模塊、電壓跟隨器模塊、加法器模塊、電壓放大器模塊、溫度補償電路模塊、超聲波發(fā)射電路模塊、超聲波接收模塊、AD數(shù)據(jù)收集模塊以及8051單片機綜合處理模塊。
[0005]所述的文氏振蕩器模塊由電阻Rl、R2、R3、R33、電容Cl、C2和UlA運放LM358組成，產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號，輸入給后面的電路。所述的電壓跟隨模塊由H104R阻抗?jié)穸葌鞲衅鳌㈦娮鑂4、R5、R6、R7、電容C3、C4、二極管D3和UlB運放LM358組成。所述的加法器模塊由電阻Rll、R8、R9、RlO和U2S運放LM358組成。所述的電壓放大器模塊由電阻R12、R13、R14、R34和U2A運放LM358組成。所述的溫度補償電路由熱敏電阻RT、電阻R15、R16、R17、R18、R35和U3A運放LM358組成。所述的超聲波發(fā)射電路由定時器NE555、電阻R15、R38、電容C5、C6、C7、74LS04和超聲波發(fā)送頭組成，發(fā)射出超聲波信號，通過待測距離的物體進行反射，等待下一級接受。所述的超聲波接收電路由紅外接收頭、電阻R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、電容C8、C9、ClO和運放LM358組成，接受超聲波信號，進行整流濾波放大操作，使其成為可以被單片機可處理的信號。所述的AD數(shù)據(jù)收集模塊主要由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD0809組成。所述的8051單片機綜合處理模塊主要8位單片機STC89C51組成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1電路連接模塊示意圖
[0007]圖2總體結(jié)構(gòu)框架圖
[0008]附圖標記說明:I (I)-文氏振蕩器，I (2)-電壓跟隨器，I (3)-加法器，I (4)-電壓放大器，I (5)-溫度補償電路，I (6)-超聲波發(fā)射電路，I (7)-超聲波接受電路。

【具體實施方式】
[0009]為了更清楚地介紹本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】，對本實用新型作進一步詳細的說明:
[0010]如圖1(1)所示是文氏振蕩器，其振蕩頻率為:
c I
[0011]/ =——
InRC
[0012]其震蕩幅度由反饋量確定。文氏振蕩器的輸出電壓作為阻抗式濕度傳感器的工作電壓，并經(jīng)過緩沖，使信號輸出，并作為輸入，輸入到后面的電路中。
[0013]如圖2所示是總體結(jié)構(gòu)框架圖，包括文氏振蕩器模塊、電壓跟隨器模塊、加法器模塊、電壓放大器模塊、溫度補償電路模塊、超聲波發(fā)射電路模塊、超聲波接收模塊、AD數(shù)據(jù)收集模塊以及8051單片機綜合處理模塊。
[0014]如圖1(2)所示是電壓跟隨器，在同相比例比例運算電路中，若將輸出電壓的全部反饋到反相輸入端，就構(gòu)成了電壓跟隨器，且反饋系數(shù)為I。由于Utl = Un=Up,故輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為:
[0015]U0 = U1
[0016]整流:利用二極管的單相導通性，使得電路中只有使二極管兩端電壓正偏的部分電路導通，從而截止反相的信號。
[0017]濾波電路:有R、C組成的無源濾波電路。當信號頻率趨近于零時，電容的容抗趨近于無窮大，故帶通放大倍數(shù)
Γ ? A Uo 1
[0018]Aup = — = I

Ui
[0019]無源濾波電路的帶通放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負載而變化。
[0020]如圖1(3)所示是加法器，由于加法器電路中只有兩個輸入端，且輸入端的參數(shù)對稱，故:
Γπ—丄 _D /Ui\ Ui2,_Rf , _、
[0021 ] U0-U01+U02-Rf (---)--(Ui2 Ui2)
Rl R2 R
[0022]如圖1(4)所示是電壓放大器，輸出電壓和輸入電壓運算關(guān)系式:
TI ,110 + 180 + ^34,^
[0023]Uoh= (-—-)Ui
[0024]如圖1(5)所示是溫度補償電路模塊，輸出電壓和輸入電壓的運算關(guān)系式為:
Γ ? π γ2.4 + (24/.)? ττ
[0025]Uot=L----J Ui

2.4
[0026]如圖1 (6)所示是超聲波發(fā)射電路，有ΝΕ555產(chǎn)生一定頻率的方波，通過紅超聲波射頭發(fā)射場超聲波。
[0027]如圖1(7)所示是超聲波接收電路，通過超聲波接收頭，接收到的信號通過整流、濾波、放大后送入單片機，通過單片機進行最后數(shù)據(jù)的處理，綜合分析后得出最后的結(jié)果。
[0028]算法分析:
[0029]假設在在不考慮溫度和濕度的情況下，通過單一的紅外測距得出的距離用符號DO表示。然后單片機通過AD0809輸入的電壓和濕度兩路電壓信號，進行算法得出最后矯正的距離值。
[0030]最后的距離用符號Dl表示表示，濕度補償電路產(chǎn)生的電壓記作U1，溫度補償電路部分U2，建立如下的模型:
[0031]Dl = D0*(Kl*Ur (E1)+K2*U2~ (E2)) ; (2)
[0032]KUEl是濕度補償系數(shù)，K2、E2是溫度補償矯正系數(shù)，上述系數(shù)根據(jù)實際超聲波測距得到相應的系數(shù)，可以采用大量數(shù)據(jù)實驗回歸求得。
【權(quán)利要求】
1.溫度和濕度雙因素控制超聲波測距的電路設計，其特征在于包括文氏振蕩器模塊、穩(wěn)壓器模塊、電壓跟隨器模塊、加法器模塊、電壓放大器模塊、溫度補償電路模塊、超聲波發(fā)射電路模塊、超聲波接收模塊、AD數(shù)據(jù)收集模塊以及8051單片機綜合處理模塊: 其中所述文氏振蕩器模塊包括電阻Rl、R2、R3，滑動變阻器R33，電容Cl、C2，雙運算放大器UlA ； 其中所述穩(wěn)壓器模塊包括二極管Dl，D2 ; 其中所述電壓跟隨器模塊包括電阻R4，R5，R6，R7，阻抗式濕度傳感器RH，電容C3，C4，雙運算放大器UlB ;二極管D3 ； 其中所述加法器模塊包括電阻R8，R1, R11，雙運算放大器U2A ； 其中所述電壓放大器模塊包括濕度傳感器部分電壓放大器和溫度部分電壓放大器組成，其中電阻R12，R13，R14，R34，雙運算放大器U2A構(gòu)成濕度傳感器部分的電壓放大器，另外的電阻R20，R22，R21，R37，R36，雙運算放大器U3B構(gòu)成溫度部分電壓放大器； 其中所述溫度補償電路模塊包括電阻R15，R16，R18，R17，R18，R35，熱敏電阻RT，雙運算放大器U3A; 其中所述超聲波發(fā)射電路模塊電阻R23，R38，電容C5，C6，C7，555定時器，74LS非門芯片U4A，U4B, U4C，U4D，U4E以及超聲波發(fā)射頭； 其中所述超聲波接收模塊包括電阻R25，R26，R27，R28，R29，R30, R31，R32，電容C8，C9，C10，雙運算比較器U8 ； 其中所述AD數(shù)據(jù)收集模塊包括芯片AD0809，收集溫度同超聲波測距的關(guān)系，以及濕度同超聲波的關(guān)系，~■者綜合處理； 其中所述8051單片機綜合處理模塊包括芯片80C51，軟件硬件相結(jié)合綜合處理校正由AD0809傳輸過來的信號，最終得出精度相對較高的超聲波測距數(shù)值。
【文檔編號】G01S15/08GK203930060SQ201420090023
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】溫興森, 陳亮, 張淑靜, 劉濤, 戴坤海 申請人:中國計量學院