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水声测距实施方案

超声波爸爸 来源:超声波爸爸 作者:超声波爸爸 2022-08-09 10:24 次阅读

一、200kHz超声测深电路设计

技术要求
1、供电:供电采用电池供电,允许供电电压范围为8V~14V
2、通信:数据通讯采用RS485通信,9600BPS 8位数据位、一位停止位、一位起始位、无校验位。
3、温度修正:电路板通过测温元件18B20得到水体温度值,四舍五入为整数温度值C,每一个温度值对应一个声速值S

温度(℃) 声速(m/s) 温度(℃) 声速(m/s)
0 1402.74 16 1469.7
1 1407.71 17 1473.07
2 1412.57 18 1476.35
3 1417.32 19 1476.35
4 1421.96 20 1482.66
5 1426.5 21 1485.69
6 1430.92 22 1488.63
7 1435.24 23 1491.5
8 1439.46 24 1494.2

4、发射脉冲:发射信号为200kHz单频脉冲信号,脉冲长度0.5ms(或0.1mS)。水声换能器两端发射脉冲电压不低于240Vp-p
5、接收电路: 本设计采用收发共用一个水声换能器,在接收电路输入端,灵敏度不低于3mVp-p,(这个是厂家调试时的内部掌握,灵敏度可以调的很灵敏,这样测距可能远点,但是容易把噪声也放大做成测距错误)。
6、计算深度:一个测量周期内共进行十次深度测量,共得到十个时间,去掉两个最大值,和两个最小值,剩余六个取平均后,加上温度修正、计算出深度值。由485总线送出。(具体输出格式协商制定)。
7、硬件电路的组成
该设计采用200KHz水声换能器,收发一体,切换工作。工作原理为时差测距,计算从发射时刻开始到接收门槛比较电路输出变化的时间差。温度修正。计算水深。硬件组成框图如下:

poYBAGLxwvWAfwkBAA4pzuwcgQk475.png


8、设计中难点:
在此设计中,要求实现在直径26mm管子中放置电路板,暂定板子宽度为25mm、长度250mm。 在此空间中,若干滤波或者储能电容用大个电解电容,体积很大,还有就是输出变压器长19mm、宽14.5mm、高18mm,这样的变压器体积无论如何也不能放置。
为了解决这些问题,专门使用比较少见的飞利浦公司出产的轴线出线的电解电容。这种电容为圆柱体,直径为10mm左右,在圆柱体的两个圆面分别引出正极和负极,这样可以平放在板子上。
关于输出变压器可以放在一个直径25mm的圆形PCB(线路板上),这个圆形PCB板与25mm* 250mm的PCB板垂直连接。这样就可以充分利用管子的直径,放置变压器。
由于25mm* 250mm的PCB板又窄又长,故在正式生产时要求PCB制板厂家使用加厚PCB板制作,以防止板子发生形变。
长条形的电路板极易形成电路之间的干扰,所以电路板可能需要多次制板、焊接、调试,最终得到一个比较好的器件排布。


二、1MHz超声测深电路设计
1MHz超声测深总体结构上与200KHz原理结构类似,主要由以下几点区别。
1、驱动电路不同,因为1MHz频率较高,采用了谐振驱动电路,驱动输出变压器采用外径10mm的磁环,体积较小,可以直接放到长条板子上。这样1MHz电路显得更简洁些。
2、在驱动电路中,采用了高频放大电路。
3、单片机工作频率较低,直接产生1MHz信号困难,由独立信号源产生1MHz信号,由单片机来控制发射的脉冲宽度和时间间隔。


三、验收指标
1.PCB板子尺寸
200KHzPCB板:宽度为25mm±1mm、长度不大于270mm
1MHz PCB板:宽度为25mm±1mm、长度不大于270mm
2.技术指标
发射电压:发射峰峰值电压240VPP左右
发射电流:没有要求
接收灵敏度:(以上已经解释)
200KHz探测距离:0.3米~20米(清水中)
1MHz探测距离:0.1米~5米(清水中)
3整套系统
200KHz 3套
1MHz 3套

审核编辑 黄昊宇

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