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1、超聲波自動上燈系統(tǒng)研究I超聲波自動上燈系統(tǒng)的設計和研究摘摘 要要隨著社會不斷的發(fā)展，尤其是在電子產(chǎn)品迅速發(fā)展的今天，利用超聲波自動控制燈光，不但消除了晚上摸黑找不到開關的缺點，用在公共場合還可以最大限度的節(jié)約電能。更加有優(yōu)勢的是，超聲波感應不用人發(fā)出任何動靜，人只要進入系統(tǒng)的檢測范圍內(nèi)，系統(tǒng)就會接通電路，也不用擔心還沒離開燈就滅了，這是聲控燈光無法比擬的。本課題首先分析了超聲波自動上燈系統(tǒng)的工作原理與組成，對系統(tǒng)各部件進行分析和參數(shù)說明，搭建了硬件平臺。其次，對系統(tǒng)進行了一系列的實驗驗證。再次，以不同的物體靠近系統(tǒng)進行感應，通過超聲波感應實現(xiàn)了電路的自動感應控制，以不同的工作亮度環(huán)境，通過光敏

2、電阻的感應實現(xiàn)了白天黑夜的感應控制。在晚上或亮度不夠的白天，系統(tǒng)就會開啟，然后根據(jù)檢測到的信號進行相應的控制。關鍵詞：自動控制；超聲波感應；電容延時；節(jié)能系統(tǒng) 超聲波自動上燈系統(tǒng)研究IIAUTOMATIC ULTRASONIC SYSTEM OF LIGHTS ABSTRACTAs society continues to develop, especially in the rapid development of electronic products today, the use of ultrasonic automatic control of lighting, not only

3、can not find the switch to eliminate the shortcomings of the dark night, with the maximum in public places can also be energy savings. More advantage is that ultrasonic sensors do not give any movement of people, who enter the systems detection range, the system will be connected to the circuit, do

4、not worry about not leave the lights went out, which is voice-activated lights can not match.The first analyzes the subject of automated ultrasonic system works out the light and composition, analysis of system components and parameters, so set up the hardware platform. Secondly, the system carried

5、out a series of experiments. Again, different objects near the sensor system, achieved through the ultrasonic sensor automatic sensor control circuit, the brightness in different working environment, achieved through the induction photoresistor sensor control of the night and day. Bright enough at n

6、ight or during the day, the system will open, and then detected the corresponding control signals.Keywords: Automatic control；ultrasonic sensors；Capacitance delay；Energy Saving System 目 錄摘 要.IABSTRACT.II第一章緒 論 .11.1 超聲波概述.11.2 超聲波傳感器.21.3 超聲波傳感器的應用現(xiàn)狀.31.4 超聲波自動上燈系統(tǒng)應用價值.41.5 本章小結(jié).4第二章硬件系統(tǒng) .52.1 超聲波系統(tǒng)

7、.52.1.1 超聲波及其物理性質(zhì) .52.1.2 超聲波系統(tǒng)的基本結(jié)構 .72.2 外圍電路.82.3 系統(tǒng)流程.102.4 硬件系統(tǒng)的功能介紹.112.5 本章小結(jié).12第三章元件參數(shù)及功能 .143.1 元件的參數(shù).143.1.1 超聲波模塊 .143.1.2 其他元件 .163.2 元件的功能.243.3 本章小結(jié).25第四章實驗及系統(tǒng)性能 .264.1 實驗.264.2 性能參數(shù).274.3 本章小結(jié).27第五章總結(jié) .285.1 總結(jié).285.2 展望.29參考文獻.30致 謝.311第一章緒 論1.1 超聲波概述超聲波是聲波大家族中的一員，聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形

8、式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波是指振動頻率大于 20KHz 以上的，人在自然環(huán)境下無法聽到和感受到的聲波。圖 11 超聲波超聲波的發(fā)展史：自 19 世紀末到 20 世紀初，在物理學上發(fā)現(xiàn)了壓電效應與反壓電效應之后，人們解決了利用電子學技術產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術的歷史篇章。1922 年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。1939 年發(fā)表了有關超聲波治療取得臨床效果的文獻報道。40 年代末期超聲治療在歐美興起，直到 1949 年召開的第一次國際醫(yī)學超

9、聲波學術會議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學的發(fā)展奠定了基礎。1956 年第二屆國際超聲醫(yī)學學術會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進入了實用成熟階段。國內(nèi)在超聲治療領域起步稍晚，于 20 世紀 50 年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工作，從 1950 年首先在北京開始用 800KHz 頻率的超聲治療機治療多種疾病，至 50 年代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。公開的文獻報道始見于超聲波自動上燈系統(tǒng)研究21957 年。到了 70 年代有了各型國產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及到全國各大型醫(yī)院。40 多年來，全國各大醫(yī)院已積累了相當數(shù)量的資料和比較豐富的臨床經(jīng)驗。特別是 20 世紀 80 年代

10、初出現(xiàn)的超聲體外機械波碎石術和超聲外科，是結(jié)石癥治療史上的重大突破。如今已在國際范圍內(nèi)推廣應用。高強度聚焦超聲無創(chuàng)外科，已使超聲治療在當代醫(yī)療技術中占據(jù)重要位置。而在 21 世紀(HIFU)超聲聚焦外科已被譽為是 21 世紀治療腫瘤的最新技術。超聲波的特點：1、超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中。 2、超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠的距離。3、超聲與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息（診斷或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生效應） 。超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負載信息的載體或媒介（如 B超等用作診斷） ；超聲波同時又是一種能量形式，當其強度超過一定值時，它就可以通

11、過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構（用作治療） 。 1.2 超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。以超聲波作為檢測手段，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，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。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?/p>

12、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)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。 超聲波傳感器由發(fā)送傳感器（或稱波發(fā)送器） 、接收傳感器（或稱波接收器） 、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中幅射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超進行檢測?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進行控制。3 圖 1-2 超

13、聲波傳感器1.3 超聲波傳感器的應用現(xiàn)狀 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。首先處理單元對超聲換能器加以電壓激勵，其受激后以脈沖形式發(fā)出超聲波，接著超聲換能器轉(zhuǎn)入接受狀態(tài)，處理單元對接收到的超聲波脈沖進行分析，判斷收到的信號是不是所發(fā)出的超聲波的回聲。如果是，就測量超聲波的行程時間，根據(jù)測量的時間換算為行程，除以 2，即為反射超聲波的物體距離。把超聲波傳感器安裝在合適的位置，對準被測物變化方向發(fā)射超聲波，就可測量物體表面與傳感器的距離。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，

14、即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。 超聲波在醫(yī)學上的應用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點是：對受檢者無痛苦、無損害、方法簡便、顯像清晰、診斷的準確率高等。 超聲波測量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號，在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號后計算其超聲波往返的傳播時間，即可換算出距離或液位高度。超聲波測量方法有很多其它方法不可比擬的優(yōu)點：（1）無任何機械傳動部件，也不接觸被測液體，屬于非接觸式測量，不怕電磁干擾，不怕酸堿等強腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽

15、命長；（2）其響應時間短可以方便的實現(xiàn)無滯后的實時測量。 超聲測距大致有以下方法：取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 （其幅值基本固定）與距離成正比，測量電壓即可測得距離；測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔 t，故被測距離為 S=1/2vt。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波測距適用于高精度超聲波自動上燈系統(tǒng)研究4的中長距離測量。1.4 超聲波自動上燈系統(tǒng)應用價值在現(xiàn)代的社會里，電能是應用很廣泛的能源之一，然而全球的能源問題很嚴峻，電力供應也很緊張，節(jié)約用電成了一件迫在眉睫的事情。在很多場合并不需要連續(xù)不斷的用電，比如紀念館、樓道等等，這些地方只需有人

16、經(jīng)過的時候通電就可以了。超聲波自動上燈系統(tǒng)通過超聲波傳感器感知移動物體的靠近而接通控制電路，然后控制繼電器的吸合而接通負載電路，這樣不僅克服了聲控電路因外界錯誤信號（如燃放鞭炮、煙花的聲音）而接通電路的弊端，而且做到了節(jié)約用電的要求。1.5 本章小結(jié)本章主要從超聲波的特性出發(fā)，討論了超聲波的發(fā)展史，討論了超聲波傳感器的原理與特點，并由此總結(jié)了超聲波傳感器在生產(chǎn)生活各個方面的廣泛應用。 5第二章硬件系統(tǒng)2.1 超聲波系統(tǒng)2.1.1 超聲波及其物理性質(zhì)振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動，簡稱波。頻率在 16020KHz 之間， 能為人耳所聞的機械波，稱為聲波；低于 16 Hz 的機械波，稱為次聲波；高

17、于20KHz 的機械波，稱為超聲波。如圖 2-1。 當超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時，由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同，在介質(zhì)面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。次聲波聲波超聲波微波音樂語言探測0.2510620106101102103104105106107Hz圖 21 聲波的頻率界限圖超聲波的波形及其轉(zhuǎn)換由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同，聲波的波型也不同。通常有：1、縱波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波；超聲波自動上燈系統(tǒng)研究62、橫波質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波；3、表面波質(zhì)點的振動介于橫波與縱波之間，沿著表面?zhèn)鞑サ牟ā?橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體、液體和

18、氣體中傳播，表面波隨深度增加衰減很快。為了測量各種狀態(tài)下的物理量，應多采用縱波。縱波、橫波及其表面波的傳播速度取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度，氣體中聲速為 344 m/s，液體中聲速在 9001900 m/s。當縱波以某一角度入射到第二介質(zhì)（固體）的界面上時，除有縱波的反射、折射外，還發(fā)生橫波的反射和折射，在某種情況下，還能產(chǎn)生表面波。超聲波的反射和折射聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)，在兩個介質(zhì)的分界面上一部分聲波被反射，另一部分透射過界面，在另一種介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱之為聲波的反射和折射，如圖 2-2 所示。 圖 22 超聲波的反 射和折射由物理學知，當波在界面上產(chǎn)生反射時，入

19、射角 的正弦與反射角 7的正弦之比等于波速之比。當波在界面處產(chǎn)生折射時，入射角 的正弦與折射角的正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的波速 C與折射波在第二介質(zhì)中的波速 C2之比，即=sinsin21CC超聲波的衰減聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴散、散射及吸收等因素有關。 其聲壓和聲強的衰減規(guī)律為 Px= P0e-x （102）Ix= I0e-2x （103）式中：Px、Ix距聲源 x 處的聲壓和聲強； x聲波與聲源間的距離； 衰減系數(shù)， 單位為 np/m（奈培/米） 。 聲波在介質(zhì)中傳播時，能量的衰減決定于聲波的擴散、散射和吸收，在理想介質(zhì)中，聲波的

20、衰減僅來自于聲波的擴散，即隨聲波傳播距離增加而引起聲能的減弱。散射衰減是固體介質(zhì)中的顆粒界面或流體介質(zhì)中的懸浮粒子使聲波散射。吸收衰減是由介質(zhì)的導熱性、粘滯性及彈性滯后造成的，介質(zhì)吸收聲能并轉(zhuǎn)換為熱能。 2.1.2 超聲波系統(tǒng)的基本結(jié)構超聲波系統(tǒng)的信息探測過程包含超聲波產(chǎn)生、傳輸、反射、接收反射信號等環(huán)節(jié)。一個超聲波系統(tǒng)通常由超聲波發(fā)射器、超聲波接收器、信息處理系統(tǒng)和執(zhí)行裝置等組成。簡單的超聲波系統(tǒng)組成如圖 23 所示。超聲波自動上燈系統(tǒng)研究8產(chǎn)生超聲波傳輸遇到障礙物反射接收超聲波信息處理圖 23 超聲波系統(tǒng)工作原理圖超聲波的產(chǎn)生：在超聲波自動上燈系統(tǒng)工作狀態(tài)下，該環(huán)節(jié)不斷的發(fā)出超聲波信號，是

21、超聲波系統(tǒng)工作的起點，對整個超聲波系統(tǒng)有著至關重要的作用。本設計在這個環(huán)節(jié)使用的是 T-40XX 型超聲波傳感器。超聲波的傳輸：在本設計中超聲波的傳播介質(zhì)是空氣，產(chǎn)生超聲波后，就要將超聲波傳輸出去，超聲波在空氣中傳輸直到完全衰減。超聲波的反射：超聲波在有效的感應范圍內(nèi)遇到障礙物（本設計中是人）就會反射回去，這是超聲波感應的必然動作。超聲波的接收：超聲波經(jīng)過以上的一系列動作，把有效地超聲波信號反射回來，由超聲波接收器接收，將聲超聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號。這里用的是 R-40XX 型超聲波傳感器信息的處理：這一環(huán)節(jié)就是將感應的結(jié)果分析出來，為電路的接通提供依據(jù)，也就是感應到人的靠近后將電路接通的動作，

22、主要是繼電器的動作。本設計用的是歐姆龍公司的 G6C 型繼電器。2.2 外圍電路超聲波自動上燈系統(tǒng)的關鍵系統(tǒng)在上一節(jié)中已經(jīng)介紹了，就是超聲波系統(tǒng)，除了超聲波系統(tǒng)外，課題還包含了其他外圍的輔助電路，主要是延時電路和控制電路等。延時電路用的是電容放電延時的方法，控制電路主要是繼電器控制電路。在眾多的電器設備及電子測量儀器中，RC 電路得到了廣泛的應用。例如：在單穩(wěn)電路用它調(diào)整輸出波形的寬度，在鋸齒波發(fā)生器、R C 正弦波振蕩器、9多諧振蕩器中，RC 電用以調(diào)節(jié)它們的振蕩頻率，在延時繼電器中，則是由 RC電路決定其延遲時間的長短。對于如圖 24 所示的 RC 串聯(lián)電路，在有關電路理論的教科書中，多以

23、此為例。UcURRCEK圖 24 RC 電路Eu，iAUc放電曲線tURi-E/R0圖 25 電容放電曲線-E超聲波自動上燈系統(tǒng)研究10 u，iUC充電曲線it0E0.63EE/RUR圖 26 電容充電曲線電容放電延時電路即 RC 延時電路的延時時間可通過電阻或電容的大小來調(diào)整，但由于延時電路簡單，存在著延時時間短和精度不高的缺點。對于需要延時時間較長并且要求準確的場合，應選用時間繼電器為好。2.3 系統(tǒng)流程系統(tǒng)中的超聲波傳感器感知到人員的靠近，接通控制電路，然后控制電路控制負載電路接通，當超聲波傳感器沒有接收到反射回來的超聲波，控制電路將進入延時階段，直到延時結(jié)束還沒有感知到人員靠近，電路被

24、切斷，系統(tǒng)流程如圖 27 所示。11開始有人？接通電路離開？斷開電路延時NYN25s25sY圖 27 系統(tǒng)流程圖設計的系統(tǒng)在接通電源的狀態(tài)下，超聲波傳感器就不斷對外發(fā)射超聲波信號，系統(tǒng)不斷判斷有沒有人靠近，若系統(tǒng)沒有接收到反射回來超聲波信號，系統(tǒng)將繼續(xù)它的判斷，直到系統(tǒng)接收到超聲波信號，即確定有人靠近，系統(tǒng)馬上接通電路。電路接通后，系統(tǒng)將根據(jù)超聲波信號有沒有消失判斷人有沒有離開，若人沒有離開超聲波感應范圍，系統(tǒng)將繼續(xù)判斷人有沒有離開，一旦系統(tǒng)確定人已經(jīng)離開，系統(tǒng)即進入延時接通電路階段。在延時接通電路階段若延時還沒結(jié)束又有人進入感應范圍內(nèi)，系統(tǒng)將從接通電路開始順序向下再運行一次，若直到延時結(jié)束還

25、沒有人來，系統(tǒng)將斷開電路，然后系統(tǒng)又重復以上的工作過程。超聲波自動上燈系統(tǒng)研究12系統(tǒng)在白天光線充足的時候不會因為人員的靠近而接通電路，只有當光線不足，且有人員靠近時，系統(tǒng)才會接通電路，如圖 28 所示。圖 28 系統(tǒng)運行示意圖2.4 硬件系統(tǒng)的功能介紹該系統(tǒng)最主要的功能就是要能感應到人員的靠近，首先該系統(tǒng)需要通過超聲波傳感器感知人員的靠近，然后才能進行下一步動作。超聲波感應這個模塊在整個超聲波自動上燈系統(tǒng)的研究過程中占有很重要的地位，只有超聲波傳感做的好，才可能完成后面的電路的接通。因此本系統(tǒng)中所要完成的主要功能如下所述：超聲波感應功能：該模塊主要是通過超聲波傳感器發(fā)出超聲波來探測人員的靠近

26、，為電路的接通提供信息，實現(xiàn)此功能的模塊由 T-40XXR-40XX 型超聲波傳感器組成。接通電路的功能：該模塊主要是接受傳感器感知到人員的靠近這一信息，然后通過繼電器接通電路，達到控制的目的，實現(xiàn)此功能的器件是歐姆龍公司的 G6C 型繼電器。延時功能：該模塊主要是通過電容的儲能，然后靠電容放電達到對電路工作的延時，延時電路本設計中使用的是 RC 型延時電路。變壓功能：該模塊是通過變壓器降壓為系統(tǒng)提供較小的工作電壓，本設計中用的是 TOYODEN 公司的 HT1203 型變壓器進行變壓。穩(wěn)壓功能：該模塊通過穩(wěn)壓器為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓，在本設計中實現(xiàn)此功能的器件是 LM317T 型 3 端穩(wěn)

27、壓器。13超聲波自動上燈系統(tǒng)整體設計電路如圖 29 所示D1ADJINOUT0.5FT變壓器C133025V2240C21010V1KBEF墻壁1001RL1C322016Tr2SD560151911AC100VVR15k圖 29 超聲波自動上燈系統(tǒng)2.5 本章小結(jié)本章主要從超聲波的性質(zhì)和超聲波傳感器出發(fā)，討論了超聲波的物理性質(zhì)，討論了超聲波自動上燈系統(tǒng)的硬件組成及其硬件系統(tǒng)功能，討論了超聲波自動上燈系統(tǒng)的流程，從總體上介紹了本課題的設計，為下一章超聲波自動上燈系統(tǒng)具體元件參數(shù)的介紹提供了硬件基礎。在下一章中，將具體介紹超聲波自動上燈系統(tǒng)的元件參數(shù)以及功能等內(nèi)容。SW1IC1 LM317T超聲

28、波自動上燈系統(tǒng)研究14第三章元件參數(shù)及功能本系統(tǒng)使用到的元器件有：超聲波傳感器、穩(wěn)壓器、變壓器、橋式二極管、可變電阻、電阻、光敏電阻、電容器、晶體管、繼電器等。153.1 元件的參數(shù)3.1.1 超聲波模塊在本設計中超聲波模塊使用的是 HTBEF2002 型超聲波傳感器，BEF 系列超聲波距離傳感器，采用超聲波回波測距原理，運用精確的時差測距技術來檢測物體的存在。運用該型超聲波傳感器，具有測量準確、無接觸、防水、防腐蝕、和低成本等優(yōu)點。表 3-1 HTBEF2002 型超聲波傳感器主要技術指標檢測距離2m波束角（-6dB）1215盲區(qū)0.20m工作電壓1224V DC超聲波工作頻率120kHZ工

29、作電流100mA重復精度0.5%輸出010V 電壓輸出速度5 次/秒工作溫度-2070防護等級（前端）IP65（后端不防水）標準測試目標物0.50.5m材質(zhì)不銹鋼（外殼）ABS（傳感頭）超聲波自動上燈系統(tǒng)研究16M12 插頭按鍵，提示燈80mm60mmM301.5圖 3-1 HTBEF2002 型超聲波傳感器 外形尺寸K（按鍵）LED（指示燈）圖 3-2 傳感器后端 圖 3-3 傳感器實物圖引腳定義：1：Vcc（電源正極）2：GND（電源負極，信號公共端）3：OUT（0-10V 信號輸出）4：NC（空）5：NC（空）17VccGND 信號公共端OUT（輸出）123圖 3-4 超聲波模塊接線圖3

30、.1.2 其他元件穩(wěn)壓器：本設計使用的穩(wěn)壓器是 LM317T 型可調(diào)輸出 3 端穩(wěn)壓器。LM317T 是由美國國家半導體公司在 2001 年生產(chǎn)的一種三端口穩(wěn)壓器件，他的輸出電壓可以通過調(diào)整電阻進行一定幅度的調(diào)整。輸出的電壓幅度在 1.227V 之間，基本上可以滿足大多數(shù)集成芯片所需要的電壓幅度。圖 3-5 LM317T 實物圖超聲波自動上燈系統(tǒng)研究18表 3-2 LM317T 參數(shù)表輸出電壓范圍1.2-37V輸入?yún)⒖疾顒e電壓40V輸出電流內(nèi)部有限的功率耗散內(nèi)部有限的封裝TO-220處理信號數(shù)?；旌闲盘柟ぷ鳒囟?40125儲存溫度-65150圖 3-6 LM317T 引腳圖變壓器：本設計使用的

31、變壓器是 TOYODEN 公司的 HT-1203 型變壓器。該型變壓器的輸出電壓為 12V、輸出電流為 0.3A。19圖 3-7 變壓器實物圖表 3-3 HT-1203 型變壓器參數(shù)表相數(shù)1額定輸出0.3A輸入電壓100V（AC）輸出電壓12V（AC）頻率50Hz/60Hz靜電屏蔽無工作溫度-10 40 最高溫度上升60電壓偏差在 5電壓調(diào)整少于 30%絕緣電阻100M 以上耐電壓1.5kV物理尺寸235 185 75 毫米（長 x 寬 x 高）橋式二極管：本設計使用的橋式二極管是 1A 印制電路板用的橋式二極管。橋式二極管是利用四個二極管，兩兩對接，輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的

32、輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。輸入電壓：12V（AC）輸出電壓：10V（DC）內(nèi)部二極管承受的反向峰值電壓：122超聲波自動上燈系統(tǒng)研究20圖 3-8 橋式二極管實物圖繼電器：本設計使用的是 OMRON 公司的 G6C-1114P-US-U 型繼電器。表 3-4 繼電器參數(shù)表額定電壓DC12V額定電流16.7mA線圈阻抗720動作電壓70%以下復位電壓10%以上最大容許電壓160%（23）物理尺寸201510mm(長寬高)功率耗散200mW接觸電阻*130m 以下動作（置位）時間210ms 以下（約 5ms）復位（重置）時間

33、*210ms 以下（約 2ms）機械壽命5,000 萬次以上（開關頻率 18,000 次/h）使用環(huán)境溫度-25+70（無結(jié)冰、無凝露）使用環(huán)境濕度585RH重量約 5.6g21注:1.額定電流、線圈電阻的值指的是線圈溫度為+23時的值，公差10%2.動作特性指的是線圈溫度為+23時的值。3.最大容許電壓為繼電器線圈能夠施加的電壓的最大值。4.*1 測量條件：根據(jù)電壓下降法，在 DC5V 1A 的條件下。5.*2 （ ）內(nèi)的數(shù)值為實際值表 3-5 繼電器開關部（接點部）參數(shù)表接點結(jié)構1a 接點阻性負載感性負載（cos=0.4、L/R=7ms）定格負載AC250V 10A（8A）DC 30V 1

34、0A（10A）AC250V 5A（5A）DC 30V 5A（5A）接觸結(jié)構單接點材質(zhì)Ag 合金（無 Cd 材料）額定通電電流10A（10A）接點電流的最大值10A（10A）接點電壓的最大值AC380V、DC125V開關容量的最大值（參考值）2,500VA 300W1,250VA 220W超聲波自動上燈系統(tǒng)研究22圖 3-9 繼電器實物圖可變電阻：本設計使用的可變電阻是標稱阻指為 5k 的可變電阻。標稱阻值：5k允許偏差：5%額定功率：0.5W類型：普通型電阻體材料：金屬膜圖 3-10 可變電阻實物圖電阻：本設計使用的電阻有三種，分別是阻值為 240 的一個、阻值為 1k 的兩個和阻值為 100

35、 的一個。表 3-6 電阻參數(shù)表標稱阻值2401k100允許誤差5%5%5%額定功率0.25W0.25W0.25W電阻體材料金屬膜金屬膜金屬膜23圖 3-11 電阻實物圖光敏電阻：本設計使用的光敏電阻是 GdS 光敏電阻。光譜峰值：520nm最高工作電壓：350Vpk最大功耗：500mW亮電阻：在 10 勒克斯時為 12-58k暗電阻：1M圖 3-12 GdS 光敏電阻實物圖電容器：本設計使用的電容是大小分變?yōu)?330、10、220 的電解電容。超聲波自動上燈系統(tǒng)研究24表 3-7 電解電容參數(shù)表標稱容量33010220允許誤差5%5%5%額定工作電壓50V10V16V材料鋁電解鋁電解鋁電解圖

36、 3-13 電解電容實物圖晶體管：本設計使用的晶體管是 NEC 公司的 2SD560 型 NPN 管。材料與特性：硅 NPN耗散功率：30W最大集電極電流：5A最高反向電壓：100V電流放大系數(shù)：20-15025圖 3-14 三極管實物圖3.2 元件的功能超聲波模塊的功能：超聲波模塊是本設計的感應電路，它承擔著對是否接通電路的問題進行判定，相當于是人的大腦，控制著所有的動作，只有該模塊成功準確的工作了，才能實現(xiàn)本設計預期的所有功能和效果。變壓器、橋式二極管和電容 C1組成了整流濾波模塊，它的功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換成平滑的 12V 直流電壓，為本系統(tǒng)提供合適的直流電壓。變壓器的功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換

37、成較小的交流電壓，橋式二極管的功能是將交流電壓整流獲得有較大脈動的直流電壓，電容 C1的作用是通過電容的充放電特性對整流后的電壓進行濾波，得到平滑的直流電壓。穩(wěn)壓器、變阻器以及外圍的電阻、電容組成了穩(wěn)壓模塊，該模塊的的功能是穩(wěn)定電壓信號，以便提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和可靠性能，變阻器的作用是可以改變穩(wěn)壓模塊的輸出電壓，電容的作用是改進模塊的瞬態(tài)響應。三極管和繼電器組成了系統(tǒng)的動作模塊，該模塊的功能是根據(jù)超聲波傳感器感應到的狀態(tài)以及系統(tǒng)的其他模塊的狀態(tài)，對電路進行相應的控制動作，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的設計要求。電容 C3的功能是當系統(tǒng)斷開電源后為電路提供延時接通所需的電能，實現(xiàn)的是本系統(tǒng)要求的延時功能。超聲波

38、自動上燈系統(tǒng)研究263.3 本章小結(jié)本章主要從元器件參數(shù)和功能出發(fā)，討論了本系統(tǒng)中的超聲波模塊及各元器件的詳細參數(shù)，討論了本系統(tǒng)中的超聲波模塊及各元器件的功能，下一章將介紹系統(tǒng)的實驗及系統(tǒng)的性能參數(shù)。27第四章實驗及系統(tǒng)性能4.1 實驗實驗所用儀器：數(shù)字萬用表、秒表和卷尺 圖 4-3 數(shù)字萬用表實物圖 圖 4-4 秒表實物圖 圖 4-5 卷尺實物圖實驗目的：1、學會使用本設計的系統(tǒng)，熟練掌握對系統(tǒng)參數(shù)的設置。2、測得系統(tǒng)的參數(shù)設置范圍，熟知系統(tǒng)能夠使用的應用環(huán)境。3、為以后進一步的研究工作提供改進的數(shù)據(jù)參考。實驗方法：超聲波自動上燈系統(tǒng)研究28本設計的正常工作工程應該是合上 SW1 后，傳感器

39、單元的指示燈即被點亮。因此，如果遮住傳感器前端，傳感器單元的指示燈也被點亮，則說明超聲波傳感器的工作是正常的。實驗中，若繼電器 RL1 無動作，應該首先確認 IC1 的輸出電壓是否為 12V，發(fā)光二極管是否點亮。超聲波傳感器的量程設置和校準：1、設置 10V 輸出點按下開關“K” （約 1 秒/次）一次，LED 變?yōu)榫G色，將傳感器對準被檢測目標方向，按下“K” （約 5 秒）直至 LED 熄滅，此時傳感器與目標之間的距離被設定為 10V 輸出點的距離。2、設置 0V 輸出點按下開關“K” （約 1 秒/次）兩次，LED 變?yōu)榧t色，將傳感器對準被檢測目標方向，按下“K” （約 5 秒）直至 LE

40、D 熄滅，此時傳感器與目標之間的距離被設定為 0V 輸出點的距離。利用數(shù)字萬用表、秒表和卷尺等工具直接通過實驗得出系統(tǒng)檢測距離和系統(tǒng)延時時間，再運用三角函數(shù)關系（sin=對邊/斜邊）得出系統(tǒng)的檢測角度（2） 。4.2 性能參數(shù)本設計的性能參數(shù)有：檢測范圍：0.2-2m， （0.3m 范圍內(nèi)應無障礙物，以免影響系統(tǒng)檢測的準確性） 。檢測角度：12-15檢測尺寸：0.50.5m，能檢測到所有人員（除了不能行走的嬰兒）的靠近的靠近。延時時間：約 25s，該參數(shù)可以通過更改電容 C3的大小來改變。4.3 本章小結(jié)本章主要從系統(tǒng)的實驗出發(fā)，討論了系統(tǒng)實驗的設置，討論了系統(tǒng)的性能參數(shù)以及改變的方法。下一章

41、中將對本設計做一個總結(jié)和展望。29第五章總結(jié)5.1 總結(jié)本文在對超聲波性質(zhì)的分析的基礎上，對超聲波自動上燈系統(tǒng)進行了系統(tǒng)、詳細的介紹；對系統(tǒng)的工作過程進行仔細的推敲，得出了系統(tǒng)的工作流程；對本設計的要求進行全面的分析，設計出了本系統(tǒng)的電路圖?？v觀全文，本設計主要做了以下工作：1.根據(jù)本設計的任務書的要求，確立了超聲波自動上燈系統(tǒng)的總體設計方案，其實質(zhì)就是一個超聲波感應模塊和一個光傳感器。通過超聲波感應模塊獲得人靠近和離開的信息，從而得到人來燈開人走燈滅的效果，通過光傳感器獲得白天和黑夜的信息，從而得到白天系統(tǒng)不做設計要求的動作，晚上系統(tǒng)按設計要求的動作進行工作。2.以設計的電路圖為依據(jù)，對電路

42、中的每個元件進行選擇以及對元件的功能進行介紹。（1）采用 HTBEF2002 型超聲波傳感器，根據(jù)要求可以對感應距離作 0.2米到 2 米之間的調(diào)節(jié)。（2）采用 TOYODEN 公司的 HT-1203 型變壓器、橋式二極管和 330 電解電容組成整流濾波電路，將 100V 的交流電壓轉(zhuǎn)換成 12V 的直流電壓。（3）以 LM317T 型可調(diào)輸出 3 端穩(wěn)壓器、標稱阻指為 5k 的可變電阻和240 電阻組成穩(wěn)壓電路，為系統(tǒng)穩(wěn)定電壓信號，調(diào)節(jié)可變電阻值可以改變穩(wěn)壓輸出的電壓值。（4）采用 NEC 公司的 2SD560 型 NPN 管和 OMRON 公司的 G6C-1114P-US-U 型繼電器組成

43、功能實現(xiàn)電路，對信號進行放大進而通過繼電器實現(xiàn)對電路的控制。（5）采用 RC 電路，系統(tǒng)工作時為電容充電，當系統(tǒng)斷電后，電容就會放電為系統(tǒng)提供延時所需的電壓，可根據(jù)需要改變電容的容量，從而得到不同的延時時間。3.對系統(tǒng)進行實驗，得出本設計的性能參數(shù)。與生活中應用廣泛的聲控燈相比，本設計具有以下優(yōu)點：(1)只需要人安靜的走近，不需要人發(fā)出任何聲音，系統(tǒng)通過超聲波遇到人而反射回來的信號判超聲波自動上燈系統(tǒng)研究30斷人員的靠近，能有效避免噪聲的出現(xiàn)。 （2）本系統(tǒng)不會受到外界噪音的干擾而錯誤的接通電路，如：春節(jié)的鞭炮、煙花等的聲音。5.2 展望本文中用超聲波檢測的準確性還需要進一步在復雜和多種不同情

44、況下進行驗證，以檢驗其適用性。本設計雖然在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)感應人員靠近而接通電路的目的，但是超聲波傳感器在傳感器技術領域相對于其他傳感器廣泛應用的時間比較晚，在控燈方面更是欠缺研究，以及論文作者水平有限，在很多技術性問題上還應當從更多的角度出發(fā)進行更為深入的討論與研究，比如超聲波感應的距離和精度、超聲波的反射問題、噪聲問題等等?，F(xiàn)在社會中普遍應用的是聲電、光電和紅外線傳感器對照明燈進行控制，相對于這些，超聲波傳感器在控燈領域才剛剛起步，因此對超聲波傳感器的更深一步的研究與學習，仍具有很大的價值。31參考文獻1 劉志明. 電路分析（修訂版）M.西安: 西安電子科技大學出版社，2008.2 周雪

45、. 模擬電子技術（修訂版）M.西安: 西安電子科技大學出版社，2008.3 劉守義，鐘蘇. 數(shù)字電子技術（第二版）M.西安：西安電子科技大學出版社，2009.4 何希才. 傳感器技術及應用 M.北京：北京航空航天大學出版社，2005 年，21-23.5 陳思忠我國功率超聲技術近況與應用進展J聲學技術2002，21(2)：46496 張翠霞，盛鴻宇. 電子工藝實訓教材M.北京：科學出版社，2004 年 1 月，21-637 童敏明，唐守鋒. 檢測與轉(zhuǎn)換技術 M.江蘇：中國礦業(yè)大學出版社，2008.8 蘇利.超聲波控燈電路的設計與實現(xiàn) J.湖北：武漢大學電子信息學院，2009 年 7月，26（7）

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48、（1）:12-20.21 黃建兵.超聲波精確測距的研究D.江蘇：南京理工大學,2004 年 9 月.致 謝本設計的研究工作是在我的指導老師精心指導和悉心關懷下完成的。在我的學業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著指導老師辛勤的汗水和心血。指導老師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的指導老師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。不僅令我在專業(yè)上更加精進，而且得到了更多的實踐歷練。在此我要向我的指導老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。在多年的學習生活中，還得到了許多領導和老師的熱情關心和幫助，在我求學和研究的歷程中，使我開拓了眼界，豐富了知識、增長了能力并獲取了寶貴的經(jīng)驗，令我受益匪淺。還有一直在我身邊的同學們，他們也給我提出了好多很好的建議和問題，感謝他們對我的關心。還要向我的父母表示最深最真的感謝，是他們在我漫長的學業(yè)生涯中，不斷地給予我無微不至的關懷和鼓勵，給予我戰(zhàn)勝困難的勇氣和力量，感謝他們?yōu)槲宜龅囊磺?。最后，感謝所有在學習期間給予我?guī)椭椭С值膸熼L和朋友們。