水聲測距實施方案

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

4、發(fā)射脈沖：發(fā)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(fā)射脈沖電壓不低于240Vp-p
5、接收電路: 本設計采用收發(fā)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(fā)一體，切換工作。工作原理為時差測距，計算從發(fā)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(fā)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(qū)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(huán)，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(fā)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(fā)射電壓：發(fā)射峰峰值電壓240VPP左右
發(fā)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(tǒng)
200KHz 3套
1MHz 3套

審核編輯 黃昊宇