一、200kHz超聲測深電路設計
技術要求
1、供電:供電采用電池供電,允許供電電壓范圍為8V~14V
2、通信:數據通訊采用RS485通信,9600BPS 8位數據位、一位停止位、一位起始位、無校驗位。
3、溫度修正:電路板通過測溫元件18B20得到水體溫度值,四舍五入為整數溫度值C,每一個溫度值對應一個聲速值S
溫度(℃) | 聲速(m/s) | 溫度(℃) | 聲速(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、發射脈沖:發射信號為200kHz單頻脈沖信號,脈沖長度0.5ms(或0.1mS)。水聲換能器兩端發射脈沖電壓不低于240Vp-p
5、接收電路: 本設計采用收發共用一個水聲換能器,在接收電路輸入端,靈敏度不低于3mVp-p,(這個是廠家調試時的內部掌握,靈敏度可以調的很靈敏,這樣測距可能遠點,但是容易把噪聲也放大做成測距錯誤)。
6、計算深度:一個測量周期內共進行十次深度測量,共得到十個時間,去掉兩個最大值,和兩個最小值,剩余六個取平均后,加上溫度修正、計算出深度值。由485總線送出。(具體輸出格式協商制定)。
7、硬件電路的組成
該設計采用200KHz水聲換能器,收發一體,切換工作。工作原理為時差測距,計算從發射時刻開始到接收門檻比較電路輸出變化的時間差。溫度修正。計算水深。硬件組成框圖如下:
8、設計中難點:
在此設計中,要求實現在直徑26mm管子中放置電路板,暫定板子寬度為25mm、長度250mm。 在此空間中,若干濾波或者儲能電容用大個電解電容,體積很大,還有就是輸出變壓器長19mm、寬14.5mm、高18mm,這樣的變壓器體積無論如何也不能放置。
為了解決這些問題,專門使用比較少見的飛利浦公司出產的軸線出線的電解電容。這種電容為圓柱體,直徑為10mm左右,在圓柱體的兩個圓面分別引出正極和負極,這樣可以平放在板子上。
關于輸出變壓器可以放在一個直徑25mm的圓形PCB(線路板上),這個圓形PCB板與25mm* 250mm的PCB板垂直連接。這樣就可以充分利用管子的直徑,放置變壓器。
由于25mm* 250mm的PCB板又窄又長,故在正式生產時要求PCB制板廠家使用加厚PCB板制作,以防止板子發生形變。
長條形的電路板極易形成電路之間的干擾,所以電路板可能需要多次制板、焊接、調試,最終得到一個比較好的器件排布。
二、1MHz超聲測深電路設計
1MHz超聲測深總體結構上與200KHz原理結構類似,主要由以下幾點區別。
1、驅動電路不同,因為1MHz頻率較高,采用了諧振驅動電路,驅動輸出變壓器采用外徑10mm的磁環,體積較小,可以直接放到長條板子上。這樣1MHz電路顯得更簡潔些。
2、在驅動電路中,采用了高頻放大電路。
3、單片機工作頻率較低,直接產生1MHz信號困難,由獨立信號源產生1MHz信號,由單片機來控制發射的脈沖寬度和時間間隔。
三、驗收指標
1.PCB板子尺寸
200KHzPCB板:寬度為25mm±1mm、長度不大于270mm
1MHz PCB板:寬度為25mm±1mm、長度不大于270mm
2.技術指標
發射電壓:發射峰峰值電壓240VPP左右
發射電流:沒有要求
接收靈敏度:(以上已經解釋)
200KHz探測距離:0.3米~20米(清水中)
1MHz探測距離:0.1米~5米(清水中)
3整套系統
200KHz 3套
1MHz 3套
審核編輯 黃昊宇
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