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1、运动物体探测器肖景和 .红外线热释电与超声波遥控电路人民邮电出版社 .2003.9p211213)和普通的声控电路相比，超声波遥控电路需要设置专门的遥控发射器。由遥控发射器发 出特定频率的超声波，在接收电路中，通过声一电转换器件将接收到的超声波转换为控制电 路的电信号。超声波可以在空气、液体和固体中传播，而且具有折射和反射的特性。用于遥控电路的 超声波主要是在空气中传播。由于超声波在空气中传播时衰减较快，尤其在频率较高时。因 此超声波遥控器的控制距离都不很大。运动物体探测器利用了超声波的多普勒效应。所谓多普勒效应就是，发声源和声接收器 作相对运动时(可以是发声源运动，也可以是声接收器运动)，声
2、接收器所接收到的超声波 频率与发声源发出的超声波频率不同，产生了频率偏移，这一现象称为多普勒效应。在日常 生活中，我们常会遇到这样的情况，当我们站在马路旁看到一辆汽车鸣着汽笛从我们身边通 过时，我们听到鸣笛的音调是：随着汽车的接近而升高，随着汽车的远离而降低，这就是一 个最常见的多普勒效应的实例。在上述实例中，发声源是位于运动物体中，随着物体的运动，我们听到发声源发出的声 音的频率变了。如果用一个固定的发声器发出一个固定频率的信号并作用于一个运动的物 体，由运动物体反射回来的声信号的频率同样会发生变化，这种频率的变化称为频移。频移 的范围可用公式fR=f0(Vm2V)来求得。式中：fR为反射信
3、号的频率，扎为发射信号的 频率，vm为声波的传播速度，V为运动物体的速度。由上述公式可知，频移的大小与物体 运动的速度有关，并且当物体作接近运动时，V取正值；当物体作远离运动时，V取负值。多普勒效应不仅存在于声波和超声波的传播中，也存在于无线电波和红外线的传播中。图 1 是根据超声波多普勒效应设计制作的运动物体探测器，它由超声波发射器和超声波 接收处理电路两部分组成。平时，超声波发射器发出频率固定的等幅超声波信号，当遇到静 止物体时，接收器接收到的是与发射频率相同的等幅反射信号，通过放大处理后，输出的是 一个零值的控制信号，电路状态保持不变。当遇到运动物体时，由于多普勒效应，接收器收 到的反射
4、信号波是发射频率与偏移频率的混合信号。这个混合信号通过放大器的处理后会输 出一个控制信号。可用这个信号作为指示信号，或用来控制执行电路的动作，以实现控制的 目的。图1 (a)是该电路的超声波发射电路图，它是由NE555电路组成的多谐振荡器和由反 相器CD4069组成的发射电路共同组成。由NE555和RR2及C1组成多谐振荡器，其振荡频率可按公式f =1.443 /(R + 2R2) CJ来计算。根据图中所标数值，本电路的振荡频率为40kHz,这个频率也就是超声波的发 射频率。由555电路输出的振荡脉冲，其正向通过由F2、F3并联组成的放大和整形电路后， 加至超声发射头T40-16的一个极。其负
5、向由F反向后加至由F4、F5并联组成的放大和整形 电路，然后加至超声发射头的另一个极，从两个方向来驱动超声发射头，使发射效果大大增 强。f40Fi 3C3 1N601000 v2VD1SZ图 1 运动物体探测器超声波接收与信号处理电路如图1 (b)所示。超声波接收头R40-16用来接收超声发射 信号和物体反射的超声信号。若在探测区内没有移动物体时，超声接收头收到的发射信号和 反射信号都是幅度相等的40kHz的超声信号。经过两级电压放大器IC1A、IC1B的放大，Vp 1A 1B1和 VD2 的幅度检波后，输出信号为零。若在探测区内出现了运动物体，则超声接收头接收到的信号中，既有等幅的发射信号，
6、 又有通过运动物反射来的频率和幅度不断变化的反射信号。这一混合信号经过两级放大器放 大， VD1、 VD2 的幅度检波后，输出一个差拍信号。由IC1A和IC1B组成的电压放大器是采用双电源供电方式组成的放大器，通过该放大器 1A1B放大后输出的信号是一个以零电平为基准的双向幅度的脉冲信号。VD1、 VD2 和 C4 组成的幅度检波电路对由电压放大器输出的信号进行检波。当电压放 大器输出的信号为等幅度的脉冲信号时，该信号经C3耦合至VDVD2后同时进行检波， 检波后的输出电流同时向电容 C4 的两端进行充电。由于充电电流大小相等，因此电容 C4 最终的充电压为零，检波器输出的电压也为零，或称无输
7、出信号。如果由电压放大器IC1B输出的脉冲信号是一个频率和幅度不断变化的脉冲信号，则通 1B过VDVD2检波后输出的电流就会不相等，结果就会在C4的两端形成对应的脉冲输出。由C4输出的检波电压信号通过RP1的调节，由C5、R6耦合至IC2A、IC2B进行放大。由41562A 2B通过检波器输出的检波电压仍然是脉冲电压信号，因此在输人IC2、和IC2B时由C5和C7进22B57行电容耦合传送。由IC2B输出的、经过放大了的脉冲信号，经过射极输出器VT1进行阻抗变换后，由c9 2B19耦合至VD3、VD4进行倍压整流，将脉冲电压变换为直流电压，其中C10为滤波电容。IC3A组成电压跟随器，用来作为
8、阻抗变换。IC3B与R12、rp2组成电压比较器，用rp2 3A3B1222来调节参考电压。由IC3B输出的电压通过R13使VT2导通，使指示灯LED发光。如果本电路用作自动开关，应将LED改为直流继电器；如果用作防盗报警器，则VT2 的输出端应连接报警器的触发端。超声波发射器与接收器在安装时，它们之间必须保持一定距离，且保持弹性连接。如果 采用刚性连接，则有可能使发射信号通过刚性连接直接传到接收器上。接收器的调整分两步，首先在无运动物体时调整RP3，以确定比较器IC3B:的比较阀值33B参考电压。调整RP时，应使LED熄灭。接着在探测区域范围内让试验者移动，调整RP2， 使检测到移动物体的保持时间尽量长些，然后调整RP,由此决定射极输出器VT的基极工 作点。在调整RP时，应使LED发光。调整RP时可以调整探测器的有效探测范围，在上述调整过程中，RP1和RP2的调整可 能互相影响，因此在调整过程中应反复进行，使其符合各自的调整要求。电路中，IC、IC2也可用LM324或采用CA3140等。本探测器的有效探测距离为23m。图2是该电路所用的双电源供电电路图。8V8V79L05VDi+220p丄22皿-5V78L054=10(122 0V、VI,VL)j -图 2 电源供电电路
