第19卷第2期湖南工程学院学报Vo1.19.No；2009年6月JournalofHunanIns；基于Multisim仿真的超声波测距系统的设计与；黄丽,李雪梅；(北京电子科技职业学院,北京100029)；摘要:以测量超声波发射与反射时间差作为测距的基本；为超声波发射、超声波接收、计时电路等若干部分,分；关键词:超声波测量;中图分类号:;:A文章编号:；源
第19卷第2期　　　　　　　　　　　　　　湖南工程学院学报　　　　　　　　　　　　Vo1.19.No.2
　　2009年6月　　　　　　　　　　　　JournalofHunanInstituteofEngineering　　　　　　　　June2009　
基于Multisim仿真的超声波测距系统的设计与实现
黄　丽,李雪梅
(北京电子科技职业学院,北京100029)
　　摘　要:以测量超声波发射与反射时间差作为测距的基本原理,设计并实现可自动测距系统.将系统分
为超声波发射、超声波接收、计时电路等若干部分,分别进行设计,.每一部分均使用Multisim软件进行仿真及验证.相比以往的测距电路,,还增加了报警系统的设计.实验结果表明,本系统具有稳定、值.
关键词:超声波测量;中图分类号:;:A　文章编号:09)02-0014-04　　,蝙蝠就是利用超声波的发射波与回波来标定方向与身边的物体.在实际的测距电路中,之所以采用超声波,是因为超声波具有的束射特性使其具有和光线一样的反射性质,对反射波的捕捉是超声波测距系统的核心组成部分之一;并且超声波良好的指向特性,使得系统对待测物体的测量更加准确.本文中将分模块,对整套超声波测距系统进行设计与仿真,探讨其性能特点并进行优化.
源进行计数;另一方面闸门脉冲信号经过超声波放大器的放大,经过超声波换能器的发射探头射向待测物体[1].
探测信号经过一定的传播时间,由物体反射后,被超声波换能器的接收探头接收进入超声波接收电路.信号在空气中传播会有衰减以及噪声的干扰,所以要经过噪声滤除以及有用信号的放大过程.当波形前沿到达监测电路时,输出一控制信号,使计数器停止计数.测出超声波发射与接收的时间差后,乘以超声波传播的速度,即可得到两倍的待测距离.通过设置标准脉冲源的工作频率,使得计数器的数值反映从发射探头到被测物体的实际距离.
1　系统整体设计
2　超声波发射电路
超声波发射电路包括超声波震荡器、脉冲调制
器、超声波放大器和末端的超声波传感器.传感器选用T40216型号,外直径16mm,中心频率为40kHz,最佳使用频率为39～41kHz,当输入脉冲的占空比为50%时,有最佳的驱动效果.探头产生的超声波在一个标准大气压的空气中,传播速度约为340m/s.其功能是将高频的脉冲信号转化为相同频率的超声波,并向外发射.下面将分模块进行设计与调试.
(1)超声波震荡器
超声波震荡器用来产生40kHz的脉冲序列.
图1　系统设计框图
超声波测距系统共可分为三大部分:超声波发
射电路、回波接收电路以及计时控制电路.发射电路部分由超声波震荡器产生高频脉冲,由脉冲调制器调制为一定宽度的闸门脉冲.一方面该闸门脉冲作为计时电路的启动信号,使计数器开始对标准脉冲
作者简介:黄　丽(1960-),女,硕士,讲师,研究方向:电子信息.
第2期　　　　　　　　　黄　丽等:基于Multisim仿真的超声波测距系统的设计与实现在设计时,首先对其稳定性有较高要求.因为一旦振荡频率偏离超声传感器的中心频率,其转化效率会大大降低,因而发射功率将受到较大影响[2];其次,为了将提高系统的探测距离,需要加大发送出的探测信号的频率.综上两点,在设计超声波震荡器时,采用555多谐震荡器产生高频震荡信号.
(2)脉冲调制器
脉冲调制器的功用是每间隔一段时间产生宽度为1ms左右的高电平,只有在高电平时,输出才是高频震荡信号,而低电平时输出为零(如图2所示)
这样就将超声波震荡器产生的、连续不断的高频震荡信号分散到不同的时隙中,避免了回波信号与发射信号的混杂.
图3为超声波发射电路的仿真图示,电路由两个555多谐震荡器组成.左面的555构成单稳态触发器电路,右边的555构成高频脉冲震荡器.单稳态触发器的作用是产生图2中的发射调制信号,其输出连接到右边555的复位键上.所以输出为低电平时,高频震荡器不工作;输出为高电平时,产生出图2中的发射信号,.,一个是超声波,[3].
,由于采用555器件构成的,其输出即为555输出的±12V,正负摆幅大,对超声探头的驱动能力强,增大其发射功率.同时通过调节电阻R1和R2,可以方便地调节输出脉冲的占空比,调节电容C1和C2,可以改变超声脉冲的频率.
图2　电路信号示意图
图3　超声波发射电路的仿真
3　超声波接收电路
发射出的超声波经过传播、反射之后,幅度与功率有较大衰减,只有1～2mV.而后面输入到门电
路的电平需要5V左右,因此接收到的信号要放大300到500倍后,才能送至后一级进行处理.而单级放大器放大倍数过大会带来失真,因此信号放大部
分采用多级放大结构.
接收电路的核心是回波前沿检测电路,采用运算放大器构成的电压比较器实现.当回波前锋到来时,电压比较器输出一电平信号.该控制信号就是控制计数器停止的信号.电压比较器一端输入为放大后的信号,另一端为一固定电平.该设计的好处在于通过改变固定电平的高低,可以滤除该电平一下的噪声,极大地减小了噪声的干扰.
图4　超声波接收电路的仿真
16　　　湖南工程学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　2009年
到检测到回波信号时终止,分为两个部分:电路控制
部分和计数器部分.电路控制部分的输入分别为超声波发射电路和超声波接收电路的输出,用来控制计数器的通断;而计数器部分的功能就是纯粹的计数,需要设置合适的计数频率,使得在超声波传播时间内的计数值恰等于待测距离.
考虑到待测距物体可能处于移动之中,因此设置电路的刷新频率为10Hz,即每0.1s测距系统都会根据当前物体的距离,给出新的示数值.由于人眼的视觉暂留效应恰为0.[5].
　　图4为超声波接收电路的仿真示意图.前三个为由运算放大器构成的级联放大器,通过调节负反馈电阻的阻值可以方便地调整放大倍数,总的放大倍数可达到300～500倍.第四个运放组成的是电压比较器,当接收信号到来时[4],电压比较器输出为高电平12V.电路右端是由电阻、二极管和40106施密特反相器构成的电平匹配电路.因为接收电路的输出端会接到计时计数电路部分,而计数电路由门电路构成,所以需要电平匹配电路将12V的高电平转化为5V.
4　计时电路
,图5　计时电路的仿真
　　图5为计时电路的仿真示意图.左下方的D触发器是计时电路的控制部分,由74LS74构成,分别输入超声波发射和接收部分的信号,控制计时电路的开始和结束.计数器的主体部分由三个74LS161计数芯片级联而成,数码管的示数分别代表米、分米、厘米的量纲,具有较高的精度.
5　报警电路
超声波测距电路在现实中,广泛应用于倒车雷达的实现中.当用户在倒车时,关心的往往不是距离车后障碍物的距离,而是距离车后物体是否过近,从而及时采取刹车措施.因此在已实现的超声波测距
系统中,增加警报系统,设计如下:当物体与探头的距离小于30cm,并且物体继续靠近探头时,发出报警声.如果物体距离大于30cm,或是正在远离探头时,不会发出报警.该系统的报警设计,完全贴合了汽车倒车雷达的应用.
对于距离小于30cm的设计,只需将计数器的输出端接入一定的组合逻辑即可实现.而靠近才报警部分的设计稍显复杂.首先要进行数值比较,即当前测到的距离小于刚才时刻测得的距离,故而表明物体正在靠近;其二为了进行比较,需要保存不同时刻的距离值,而且要不停地对保存的数值进行刷新.前者使用数值比较芯片74LS85实现,后者的置数功能由两片74HC161级联实现.
第2期　　　　　　　　　黄　丽等:基于Multisim仿真的超声波测距系统的设计与实现17
图6　计时电路的仿真
　　图6.左方的上下两块芯片分别为74HC161和74LS85,完成分米量级的数值置数和比较功能,同样道理地,右边的上下两块芯片完成厘米量级的置数和比较功能.右方的D触发器由74LS74构成,当前数值小于前一时刻时,输出高低平接到报警器,发出警报信号;如果当前计数值大于前一时刻时,表明物体正在远离,那么输出即为低电平,报警器不工作.
结果表明,该系统的最大测距距离达到213m,测量精度优于0101m,距离显示值可以动态刷新,示数稳定.当被测物体进入30cm的警报范围并且继续靠近时,能够发出警报声.
参　考　文　献
[1]　陈　勇.用于超声波测距发射及接收电路设计[J].
电子世界,.
[2]　玉磊,王安健,蒋理兴.一种使用红外线和超声波的
本超声波测距系统的设计综合了超声波发射、
反射波接收、计时测距、报警系统等各部分的设计与实现方案,探讨了所采用方案的优点与特色.并且使用NationalInstrument公司的Multisim电路仿真软件进行仿真模拟.除此之外,还使用了面包板及相应的芯片进行了具体电路的搭建和调试工作.实验
定位技术[J].电子测量技术,-17.
[3]　杨武强,张　华,刘继忠.一种机器人超声避障测距系
统的研制[J].电声技术,-22.
[4]　赵海鸣,王纪婵,刘　军,史春雪.一种高精度超声波测距
系统的改进[J].电子技术应用,-61.
[5]　时德钢,刘　晔,王　峰,韦兆碧,王采堂.超声波测距仪
的研究[J].计算机测量与控制,0-482.
TheDesignofUltrasonicDistanceMeasuringSystemBasedonMultisim
HUANGLi,LIXue2mei
(BeijingVocationalCollegeofElectronicScienceandTechnology,Beijing100029,China)
Abstract:Thebasictheoryindesigningandimplementingtheultrasonicdistancemeasuringsystem,istorecordthetimebetweentheemissionwaveandthereflectedwavebytheobject.Thesystemisdividedintoultrasonicwaveemission,wavereceptionandtimecountingparts,paredwiththetradi2tionalimplementation,thissystem,notonlyhavethefunctionofmeasuringthedistancebutalsohavethealarmsystem.Theresultsshowthatthissystemisstable,highlysensitiveandprecise,andhavethepo2tentialofapplicationandpopularization.
Keywords:udisMultisimsimulation
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　淮海工学院 课程设计报告书课程名称: 题目: 单片机控制系统课程设计 基于单片机的超声波测距系统 东港学院
D 自动化 111 王佳力
系 (院)... 　设计题目 基于 51 单片机的超声波测距系统设计 二、设计的目的 利用超声波的指向性强、能量消耗慢、传播距离远等特 点,设计实现生活中很多场合如汽车倒车、机器人... 　毕业设计报告(论文) 报告(论文)题目:基于单片机的超声波测距 系统设计 作者所在...仿真结果 参考文献: 《单片机原理与接口技术》 、 《传感器应用 A》 、 《... 　1.2 系统的总体设计基于单片机的超声波测距系统就是利用超声波的指向性好 ,...(uVision)将 C51 编译器、宏汇编、 连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试... 　毕业设计(论文) 论文题目:基于单片机的超声波测距系统实现 系专班 部:电子通信...4 系统软件的编写 1) 2) 软件的编写和编译检查; 基于 Proteus 的软件仿真。... 　基于单片机的超声波测距仪设计与实现_电子/电路_工程科技_专业资料。目 录 引言...方案论证 硬件系统设计 软件系统设计 系统仿真测试 硬件制作 软件制作 硬件调试 ... 　配套--Proteus仿真3.配套--完整的C源代码4配套--元件清单} 学习深化资料{1....课题设计的任务和要求主要内容根据所学知识,设计一个基于单片机的超声波测距系统... 　基于超声波测距的导盲仪设计_工学_高等教育_教育专区。本科毕业设计基于超声波测距......25 4.3 系统调试与仿真………...26 4.4 测距结果与误差分析………... 　基于51单片机的超声波测距系统设计毕业论文_工学_高等教育_教育专区。biyeshej基于...因此决定分模块来完成我的作品,首先用仿真软件进行仿真,确定好布线器 材等,就...404 Not Found
404 Not Found
openresty/1.11.2.3查看: 428|回复: 7
有没有大神，请教一下深圳的街道办和一些其他职位问题，谢谢！
发表于 17-2-28 19:16
本帖最后由 shizukanawumi 于 17-2-28 19:21 编辑
我是法学本科，看了今年深圳的职位表，能报的主要都是街道办。南山、宝安、龙岗、坪山、龙华、福田、罗湖、光明新区都有……工作内容全是“行政事务、综合管理、文字材料”、“行政事务、人事党务、综合调研”这一类，有一些是安全生产监督执法，或者劳动监察纠纷调处之类。目前还在深圳和广州之间犹豫，请问街道办的待遇怎么样，各区性价比哪个高一点，工作是否过于忙加班多？谢谢大家！
还有一些职位……也想请教下收入待遇和工作忙不忙，谢谢。主要是担心去了之后钱交完房租再减去日常开支就剩不下了。会有这方面的问题吗？
& & & & 深圳市人居环境委员会& & & & 深圳市东深水源保护办公室& & & & 科员& & & & 公务员& & & & 从事环境执法工作。
& & & & 深圳市交通运输委员会& & & & 深圳市交通运输委员会& & & & 科员& & & & 公务员& & & & 从事法务、法律文书核查等工作。
& & & & 中共深圳市龙岗区委办公室& & & & 深圳市龙岗区法制办& & & & 科员& & & & 公务员& & & & 从事提供涉及法律决策意见参考、行政复议、诉讼、执法监督等区委区政府法律事务等工作。
& & & & 深圳市罗湖区城市管理局& & & & 深圳市罗湖区城市管理局& & & & 科员& & & & 公务员& & & & 从事合同审查、法律宣传等工作。
拜托大神来帮帮忙，谢谢！
发表于 17-2-28 19:18
不买房都能活命，不活命也都买不起房。土豪随意。
发表于 17-2-28 19:19
忙 看情况 一般不用加班
发表于 17-2-28 19:19
看你怎么花了。。。不够活命是不可能的。。。
发表于 17-2-28 19:23
和专业更对口吧，容易找到存在感。而且过了司考以后可以申请成为公职律师啊，多条退路。
发表于 17-2-28 19:32
果断龙岗区委
发表于 17-2-28 19:33
好的……请问龙岗区的房租和生活水平怎么样？在深圳是算高还是低呢
发表于 17-2-28 20:49
好的……请问龙岗区的房租和生活水平怎么样？在深圳是算高还是低呢
龙岗看具体位置总体偏低，肯定不是高的就是了
GMT+8, 17-5-1 09:43
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请教大家几个伺服放大器的问题，先谢谢啦、、、
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加TA为好友 发表于： 16:03:11 楼主
各位大神，本人新手，刚接触伺服系统，搭建了一个伺服控制平台，使用的是三菱FX-3U-48M,伺服驱动器是MR-J4-70A,使用Y000集电极输出脉冲控制，Y004控制方向。今天接通电源后发现，伺服驱动器的反馈累计脉冲总是在一个范围内来回跳动，例如在之间跳动，但是并没有给使能信号，PLC也在STOP模式。请问大神这是怎么回事啊？PLC打到STOP模式，使用MR-Configurator 2监控，发现伺服电机总是不时地正反转，也有输出转矩，另外还有一定量的滞留脉冲；把PLC打到RUN模式后，还是上面的情况，而且滞留脉冲更多了，请问这是因为干扰吗？以上情况PLC均没有发出脉冲，同时也没有使用伺服放大器驱动电机。请各位大神帮忙解决一下，谢谢啊！
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加TA为好友 发表于： 20:43:05 1楼
有时候伺服的轴拿手摸一下麻麻的，在轻微震动。没有事的。伺服精密度很高，有的一周9000多脉冲，有轻微震动就有正负误差。伺服自动调整。
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加TA为好友 发表于： 08:11:15 2楼
可是这种情况一直有，是因为一直在自动调整吗？因为以前没接触过伺服方面的东西，所以不知道是不是正常现象、、、
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加TA为好友 发表于： 10:42:55 3楼
看一下伺服和电机的接线有没有问题
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加TA为好友 发表于： 11:21:25 4楼
一般常规日系电机都是采用旋转编码器，固定依附于电机尾部，基于尺寸、成本和技术实现难度的因素，编码精度靠物理刻度很难达到十万以上的分辨率（转台电机圆光栅除外），编码器要求更高的分辨率时，日系编码器一般都是光电基本分辨率*细分倍数来实现，细分是靠正余弦模拟取样的向量值决定，AD转换的性能决定了细分位置，当细分倍数过高时必然出现位置微观抖动的现象，即使电机不使能，反馈脉冲都有可能在正负1~2个之间跳动。当电机使能或环境电磁干扰足够大时，抖动会更加明显需要在算法上进行滤波处理，所以这种现象是正常的可以采取一定手段抑制。
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加TA为好友 发表于： 07:54:28 5楼
回复内容：对： ShowMotion
一般常规日系电机都是采用旋转编码器，固定依附于电机尾部... 内容的回复！你好，感谢你的回答，请问通过什么样的方法来抑制呢？这个以前没有接触过，还望大神支招啊、、、
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加TA为好友 发表于： 07:57:04 6楼
回复内容：对： hike_1
看一下伺服和电机的接线有没有问题 内容的回复！你好，感谢你的回答，伺服和电机的接线应该没有问题，用的是三菱自带的连接电缆，插口有防误插功能，应该没错、、、
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加TA为好友 发表于： 10:54:20 7楼
抖动分成三种：第一种前面描述的编码器细分信号误差导致的，与控制参数无关，需要调节编码器反馈时间常数。另外两种是控制PID参数不合理造成的。一种是参数过大造成的振动伴有较大噪音，这时尝试将位置刚性、速度刚性参数往小调，同时调节编码反馈信号的滤波时间常数。另一种是实际惯量比过大，但惯量比参数设置过小造成的低频摆动，一般无噪音，这时需要将速度刚性、转动惯量比往上调节。
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加TA为好友 发表于： 14:05:25 8楼
回复内容：对： ShowMotion
抖动分成三种：第一种前面描述的编码器细分信号误差导致的... 内容的回复！你好，感谢你的回答，对于后两种问题参数可以找到，但第一种调节编码器反馈时间常数，这个是调节哪个参数呢？三菱MR-J4-70A有这个参数吗？找了一下没找到，这两天有点别的事忙，没有及时回复，先谢谢啦、、、
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