原创 【博客大赛】超声波测距--制作结果分析

根据昨日的设计,我为了验证、对比反相器与MAX232两种不同方案的实际效果，于是同时采用了两种方案，最后在超声波换能器（即超声波发送接收的传感器，实物见下图）处用短路帽来选择哪一个驱动换能器。

工作进度如下：

（1）早上八点开始画原理图；

（2）下午午二点画好PCB，下午四点即完成电路板的整体焊接与检查。

（3）六点吃饭前初步写了test程序，用STC12C5616AD单片机的定时器产生两路相位相反的40kHz的方波，用两个不同IO口来输出,一个IO来控制MAX232的关断，对反相器74HC04没有作控制处理；

（4）六点半至八点，调试电路板；

发现问题与现象如下：

问题与现象1：

反相器的驱动效果不如MAX232好。用示波器观测发射端信号可知，反相器的驱动效果是使方波的幅值达到了5.12V,而MAX232的驱动效果则是达到了9V;

问题与现象2：

当发射端的方波幅值是5V时，接收端输出的信号（正弦波）幅度大约是28mV,由于电源电压是5V，所以放大100~150倍即可。然而，按照之前文章的设计分析看，放大200~500是不太靠谱的。当然，视所使用的运放与供电电压所决定的，我这里运放是单电源5V供电，所以只能放大100~150倍较好。网上有文章说接收端输出幅度是几毫伏，我不得而知，也许是所使用的超声波换能器不一样吧。没有实践就没有发言权。我这里的结果却是这样。

问题与现象3：

放大电路后的倍压检波电路设计存在问题，由于是单电源供电，所以在放大电路后输出信号是在0V以上的，没有负向电压，所以，第一个二极管与电容没有达到充电保持的作用。所以经过此倍压检波电路后，输出信号只是被整流成幅值不变的直流信号，没有达到倍压的目的。

继续调试，未完待续。（原理图见附件）

生活远没有那么容易和顺利，原以为不是很难的超声波，今天又是调试了一整天，终于排除各种问题，来到最后一步了--写程序测量具体距离。现在将调试过程记录如下：

问题与现象4:

MAX232在几分钟后发烫, 一开始波形输出是幅值为9V的方波,然后方波就变成奇怪的乱波形了,幅值在1.2V左右;

问题解决：尚未找到原因；

问题与现象5:

超声波接收端输出的信号幅值是不稳定的,小则100mV,大则1V，导致第一级(LM324)放大10倍后输出的波形是幅值为2.44V，波峰被削平了的正弦波。疑惑是，如果放大饱和，那么以LM324的性能来说，应该可以输出3.5V（即便由于不是满摆幅运放，不能输出电源电压，此时供电电压是4.94V）;到了放大的第二级，输出居然是幅值为3V的三角波了。于是最后被整流成2.4V的直流电压。

问题解决：所用的运放是国产的LM324，质量实在是不敢恭维啊，随后换了在德州仪器申请的TL084(高精度四运放，本来应该用TL074低噪声四运放的，但是手上没有这货)，换上后问题5基本解决了。

问题与现象6：

最后一个运放是用作比较器的，但是不知为何，TL084居然没有实现比较器的功能，无论正反相输入端的电压孰大孰小，其都是输出1.4V，检查过电路焊接和原理图，都确认没有问题后。。

问题解决：有些运放是不适宜用作比较器的，我后来用MULtism仿真发现，用OP07或NE5534都是输出2V的所谓“低电平”，输出“3V”的所谓高电平，换成LM358后，才正常地输出“7mV”的低电平和“3.5V”的高电平，符合我们的推算和datasheet指标。所以最终应该用LM358作比较器的，TL074不晓得行不行，没有试过，但是TL084是不行的了。

明天是终极一击了，弄个超声波就折腾那么久，我感觉很不好意思。 。。