水声测距实施方案

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：

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