超聲波控制系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述

單位代碼 01學(xué)號 分類號 TN7_密級— 文獻(xiàn)綜述基于超聲波通信的多路控制系統(tǒng)院（系）名稱專業(yè)名稱學(xué)生姓名指導(dǎo)教師20年月日基于超聲波通信的多路控制系統(tǒng)摘要隨著電子、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對于系統(tǒng)以及電器機械的控制經(jīng)歷了由有線到無線的，由人工到智能的飛躍式發(fā)展。特別是無線控制技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，大大方便了人們的生活和生產(chǎn)活動。本文介紹的基于超聲波控制系統(tǒng)是基于超聲波發(fā)射和接受電路、編碼譯碼電路等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)射和傳輸，從而最終實現(xiàn)對多路系統(tǒng)的控制。本設(shè)計采用了TR40-16作為超聲波傳感器，PT22622272作為編碼譯碼芯片，這些核心元器件功耗低，性能穩(wěn)定，價格低廉，而且信號傳輸采用的超聲波通信具有具有定向性好、能量集中、傳輸過程中衰減較小、抗干擾能力較強等優(yōu)點，從而使本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、安全性高、價格低廉等優(yōu)點，相信會有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：超聲波發(fā)射接收，PT2262編碼，2272譯碼，TR40-16超聲波傳感器引言人類對系統(tǒng)的控制經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的過程，同時由于新型大規(guī)模遙控集成電路的不斷出現(xiàn)，使無線控制技術(shù)有了日新月異的發(fā)展，其智能化的程度越來越高，甚至可以完全由計算機操控，由計算機發(fā)送指令，實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制，像導(dǎo)彈火箭衛(wèi)星等的發(fā)射、控制，生活中同樣需要無線控制系統(tǒng)，無線控制系統(tǒng)大大方便豐富了人們的生活，像電視的遙控板，遙控玩具等，同時也可以使人們遠(yuǎn)離一些危險場所，對一些可能危害人類健康、安全的機械等實現(xiàn)無線控制。本文將介紹一種比較簡單的超聲波通信的多路控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，可用于生產(chǎn)控制，實時監(jiān)測和事實報警燈方面。1超聲波控制系統(tǒng)的組成概述超聲波控制系統(tǒng)主要由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)2大部分組成。超聲波控制系統(tǒng)的工作原理是首先通過輸入所需控制電路的位號，同時啟動編碼電路產(chǎn)生帶有地址編碼信息和開關(guān)狀態(tài)信息的編碼脈沖信號，再通過超聲波電發(fā)射電路將該信號發(fā)射出去。而超聲波電接收電路將接收到的脈沖編碼信號通過解碼電路進行編碼地址確認(rèn)，確認(rèn)是否為本系統(tǒng)的地址，如果是，則解碼電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號控制開關(guān)電路動作，如果不是，則解碼電路布解碼，開關(guān)電路無任何動作。2超聲波控制系統(tǒng)的具體組成超聲波控制系統(tǒng)具體的可以分成四部分：電源電路，無線收發(fā)電路，編碼電路及其發(fā)送電路，譯碼電路及其接受電路，控制開關(guān)物品暫由LED燈代替。2.1電源電路電源電路相對簡單，這里要求設(shè)計的電源輸出為+12V,輸出最大電流為1A,電源電路主要有變壓器，整流濾波器，穩(wěn)壓器等組成，相對比較簡單，這里就不再多述。2.2PT2262-2272的介紹在介紹電路以前，先介紹一下本設(shè)計用到的芯片PT2262、2272。PT2262是中國臺灣普成公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編譯碼電路，由于其外圍電路簡單，使用方便，主要應(yīng)用于遙控裝置，適用于家庭及汽車安全系統(tǒng)，車庫遙控開關(guān)門，風(fēng)扇，電動玩具遙控，以及一些工業(yè)設(shè)備的遙控等。該編譯碼器的主要特點是：采用高性能CMOS工藝制造，功耗極低，有很寬的工作電壓范圍，對高噪聲不敏感，工作溫度范圍寬等。PT2262/PT2272最多可有12位（A0-A11）三態(tài)地址端管腳（懸空，接高電平，接低電平），任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位（D0-D5）數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。引腳如圖2.1所示。OSC1OSC2ZlVDDDoutZlOSC1nosc2ZlTEZlA11/D5A10/D4ZlA3/D3A8/D287654321012345-&T—8-H-匚匚匚匚匚匚匚匚匚01234501EAAAAAADDE//VZlVDDDoutZlOSC1nosc2ZlTEZlA11/D5A10/D4ZlA3/D3A8/D287654321012345-&T—8-H-匚匚匚匚匚匚匚匚匚01234501EAAAAAADDE//V6T——HAVDDVTJ0SC1ZlOSC2DiliD5D4D3D2876543210123456789匚匚匚匚匚匚匚匚匚01234501EAAAAAADDEVAOf—Ali—A10/D4A11/D5振蕩器PT2262-IR內(nèi)部原理框閣圖1PT2262-IRFT2272^I腳圉圖2.1PT2262-2272引腳圖PT2262的A0?A5為地址輸入端，可編制成3種狀態(tài)（“1”，“0”和開路）。A6/DS——All/D0為地址或數(shù)據(jù)輸入端，取決于接收端的譯碼器。既可作為地址,又可作為數(shù)據(jù)輸入。作為地址輸入時，可編成“1”、“0”和開路3種狀態(tài)；作為數(shù)據(jù)輸入時，可編成“1”和“0”兩種狀態(tài)。最大編碼容量為53141種。TE端為發(fā)射使能端，低電平有效。OSC1，OSC2外接振蕩電阻器，決定電路時鐘頻率。DOUT為數(shù)據(jù)輸出端。由各地址、數(shù)據(jù)的不同狀態(tài)而決定的各位編碼由此腳串行輸出。DOUT端輸出的數(shù)據(jù)信號調(diào)制在38kHz載波上。要使載波頻率為38kHz,則應(yīng)選擇振蕩電阻(430470Q)使振蕩頻率為載波頻率的2倍(即76kHz)。VDD,VSS為電源正負(fù)輸入端。PT2272的AO?A5(l?6),A8/D0All/D3(7、8、10?13)端口與PT2262含義相同。DIN(14):數(shù)據(jù)輸入引腳。VT(17):有效傳輸引腳，高電平有效。當(dāng)PT2272接收到有效編碼波形信號時，VT變?yōu)楦唠娖?。OSC1、OSC2(16、15)：振蕩器引腳。VCC(18)：電源正極°VSS(9)：電源負(fù)極°PT2272的數(shù)據(jù)輸出有“暫存”和“鎖存”兩種，“暫存”是當(dāng)輸入端信號消失時，PT2272對應(yīng)的數(shù)據(jù)位輸出變成低電平；“鎖存”是當(dāng)輸入端信號消失時，PT2272的數(shù)據(jù)位輸出保持原有狀態(tài)，直到接收到地址碼相同時新的輸入。PT2272的數(shù)據(jù)輸出有4、6位之分，以后綴來區(qū)分：M代表“暫存”，L代表“鎖存”。例如PT2272L4表示數(shù)據(jù)位輸出4位，鎖存輸出。當(dāng)編碼電路PT2262將數(shù)據(jù)連同地址碼由17腳串行發(fā)送，經(jīng)過雙線傳輸?shù)浇獯a器PT2272的14腳數(shù)據(jù)輸入端。解碼器的地址A0?A7與編碼器的地址A0?A7相同時，解碼器將接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并行呈現(xiàn)在數(shù)據(jù)輸出端DO?D3端鎖存，同時在VT端輸出一個脈沖信號。2.3超聲波及超聲波傳感器介紹科學(xué)家根據(jù)蝙蝠避開障礙物的原理發(fā)現(xiàn)了超聲波，并利用它做成了聲納，起到了海底探測遠(yuǎn)方物體的作用。超聲波是由機械振動產(chǎn)生的，可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播，具有定向性好、能量集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力較強等優(yōu)點。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物體位置測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面也能達(dá)到工業(yè)實用的要求。超聲波傳感器可廣泛應(yīng)用于非接觸式檢測方法，它不受光線和電磁場、被測物顏色等影響，對惡劣的工作環(huán)境具有一定的適應(yīng)能力，因此在水文液位測量、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。以超聲波作為信息傳輸手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。如果采用成品發(fā)射、接收（組件）模塊來設(shè)計產(chǎn)品,則整個電路的設(shè)計和制作將更為方便可靠,可達(dá)到事半功倍。這里采用的是超聲波發(fā)射傳感器T40-16。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電信號，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。超聲波傳感器包括三個部分：超聲換能器、處理單元和輸出級。T40系列超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)工作的傳感器，通常我們又稱之為換能器。此類傳感器最適用于防盜報警和遙控使用。2.3超聲波發(fā)射接收電路無線通信技術(shù)主要包括超聲波通信技術(shù)、藍(lán)牙（Bluetooth）通信技術(shù)、WiFi通信技術(shù)和紅外通信技術(shù)以及其它無線射頻通信技術(shù)等。其中，超聲波通信是一種十分成熟的通信技術(shù)，廣泛應(yīng)用于遙控中，具有功耗低、信息傳輸穩(wěn)定、信息安全性高、連接方便、簡單易用等優(yōu)點，并且可以在多場合使用，如家電產(chǎn)品，工業(yè)控制等領(lǐng)域。本設(shè)計就是采用的超聲波通信技術(shù)。發(fā)射機一般由指令鍵（或操作桿）、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載體進行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定指令編碼信號。接收電路一般由接收電路、放大電路、譯碼電路、執(zhí)行電路（機構(gòu)）等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號接收下來，并進行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號解調(diào)出來，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進行譯碼，最后由驅(qū)動電路來驅(qū)動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作控制（機構(gòu)）。2.4編碼譯碼電路本設(shè)計編碼使用PT2262芯片，譯碼使用PT2272芯片。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當(dāng)17腳為高電平期間40KHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當(dāng)17腳為低平期間40KHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100%的調(diào)幅。2.5系統(tǒng)的程序設(shè)計系統(tǒng)正常工作時，需要給各個地址為編一個地址碼，同時編一套指令系統(tǒng)小程序來實現(xiàn)自己的預(yù)定功能，比如開關(guān)的閉合，LED燈的亮滅，這里先不多述。結(jié)論本文研制的基于超聲波通信的多路控制系統(tǒng)，具有以下主要特點：⑴采用超聲波無線控制，免除了信號控制線布線的麻煩。⑵控制距離較遠(yuǎn)，可以遠(yuǎn)離系統(tǒng)開關(guān)操作現(xiàn)場。結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，安裝維護簡單。⑶該方案結(jié)構(gòu)簡單，功能比較完全。隨著市售的各種芯片價格的不斷降低，超聲波控器設(shè)計的成本也會越來越低。時至今日，超聲波得到了越來越廣泛的應(yīng)用。超聲波可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播，具有定向性好、能量集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力較強等優(yōu)點。利用超聲波通信傳輸數(shù)據(jù)信號，抗干擾能力強、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、安全性高。本設(shè)計就是基于超聲波通信傳遞數(shù)據(jù)信息，再通過編譯碼電路及其他功能電路，最終實現(xiàn)對多路系統(tǒng)的控制，相信本設(shè)計會有良好的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)[1]揚素行.模擬電子技術(shù)簡靜教材,第二版[M].電子工業(yè)出版社，2004：300-317.余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社.2003：107-109.馬寧.Protel98創(chuàng)作效果百例.[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005,193(2)：29-30.李清泉黃昌寧.集成運算放大器原理與應(yīng)用.[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.黃晨武.最新集成電路應(yīng)用大全[M].北京市新聞出版局.1991.9:94-126.吳顯鼎.集成電子電子線路設(shè)計手冊[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2001年03期.葉慧貞，楊興州.開關(guān)穩(wěn)壓電源[M].北京：國防工業(yè)出版社,1990:21—50.慕丕勛，馮桂林.開關(guān)穩(wěn)壓電源原理與實用技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社,2005:1—59.王水平，王保保.單片開關(guān)電源集成電路應(yīng)用設(shè)計實例[M].北京：人民郵電出版社,2008:20—52.王水平，賈靜.開關(guān)穩(wěn)壓電源原理及設(shè)計[M].北