專(zhuān)利名稱(chēng)：具備一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及運(yùn)動(dòng)感應(yīng)，具體是指具備ー對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
使用超聲波可以很方便的對(duì)一定空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行有效的探測(cè)，具有安裝方便，探測(cè)效果好的特點(diǎn)。本文介紹ー種利用超聲波多普勒效應(yīng)設(shè)計(jì)的來(lái)人探測(cè)裝置。 該設(shè)計(jì)使用了 PIC16F628A單片機(jī)，對(duì)以往用到的超聲波探測(cè)硬件電路進(jìn)行改進(jìn)，利用軟件編程對(duì)來(lái)人情況進(jìn)行有效地探測(cè)，繼而輸出控制信號(hào)控制照明裝置的開(kāi)關(guān)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方式簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低的具備ー對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置。本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方案如下具備ー對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，主要由PIC16F628A單片機(jī)、以及與PIC16F628A單片機(jī)連接的超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路構(gòu)成；所述超聲波接收電路主要由超聲波接收換能器328SR160、以及超聲波接收換能器328SR160連接的反相放大電路和正相放大電路構(gòu)成，所述反相放大電路和正相放大電路均連接有檢波電路，所述檢波電路依次連接有低通濾波電路、微分電路、帶通濾波電路、電平比較電路，所述PIC16F628A單片機(jī)包括RB3引腳和RB5引腳，所述RB3引腳與檢波電路連接，所述RB5引腳與電平比較電路連接。所述PIC16F628A單片機(jī)包括RB3引腳和RBO引腳，所述超聲波發(fā)射電路與RB3引腳和RBO引腳連接。所述超聲波發(fā)射電路主要由三極管Q1、三極管Q2、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，所述三極管Ql的I引腳與RB3引腳連接，三極管Q2的I引腳與RBO引腳連接，且所述三極管Ql的3引腳接地，三極管Q2的3引腳接地，且上所述三極管Ql的2引腳與三極管Q2的2引腳連接、同時(shí)與放大電路連接；所述三極管Ql和三極管Q2的2引腳還連接有上拉電阻R2 ;所述驅(qū)動(dòng)電路還連接有發(fā)射換能器Tl。所述驅(qū)動(dòng)電路由反相器D1、反相器D2、反相器D3、反相器D4、反相器D5、反相器D6構(gòu)成，所述反相器Dl的輸入端與三極管Ql的2引腳連接，所述反相器Dl的輸出端與反相器D2、反相器D3、反相器D4的輸入端連接，所述反相器D3的輸出端與反相器D5、反相器D6的輸入端連接，且所述反相器D2、反相器D4、反相器D5、反相器D6的輸出端均與發(fā)射換能器Tl連接；且所述反相器D2和反相器D4的輸出端與發(fā)射換能器Tl之間還設(shè)置有電容。所述發(fā)射換能器Tl的型號(hào)為328ST160。所述PIC16F628A單片機(jī)還包括RB2引腳，所述RB2引腳還連接有LED燈。工作原理當(dāng)聲源與聲波接收器之間存在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)吋，聲波接收器所接收到的信號(hào)頻率將與傳播的聲波頻率有所不同，頻率差量與聲源和接收器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，這就是多普勒效應(yīng)造成的。本設(shè)計(jì)采用超聲波發(fā)送器和接收器均朝同方向固定不動(dòng)，當(dāng)有障礙物體朝向或者遠(yuǎn)離二者運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以看作是由障礙物表面對(duì)聲波的反射效應(yīng)所形成的鏡像聲源與接收器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同樣可以利用多普勒效應(yīng)，根據(jù)接收器收到的信號(hào)來(lái)判斷是否有人在探測(cè)范圍內(nèi)移動(dòng)。該裝置同時(shí)具有超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路，使用時(shí)安裝方便。正面最大探測(cè)距離在I 5. 5 m可調(diào)，可以對(duì)該空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行有效地探測(cè)。當(dāng)探測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體之后輸出+12 V信號(hào)控制照明裝置的開(kāi)關(guān)。其輸出+12 V的持續(xù)時(shí)間可以在15 I800 s可調(diào)。本裝置采用發(fā)射和接收分別獨(dú)立的發(fā)射換能器Tl，硬件系統(tǒng)基本可以分為微處理器部分、發(fā)射部分和接收部分，即PIC16F628A單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電 路。微處理器使用的是Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F628A單片機(jī)該單片機(jī)為精簡(jiǎn)指令集型處理器(RISC)，共有35條匯編指令，使用起來(lái)簡(jiǎn)捷有效。PIC16F628A共有18個(gè)引腳，標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為5 V，外接晶振最大可以達(dá)到20 MHz0其內(nèi)部資源非常豐富，含有2KB的Flash程序存儲(chǔ)器、224B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、2個(gè)模擬比較器、I個(gè)PWM控制器、I個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，I個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，I個(gè)8位定時(shí)器，以及上電啟動(dòng)電路、掉電復(fù)位電路和看門(mén)狗電路等。PIC16F628A還能夠響應(yīng)定時(shí)器、比較器、RB端口等多種硬件中斷合理地使用這些資源可以有效簡(jiǎn)化外圍電路，降低產(chǎn)品的成本。超聲波發(fā)射電路發(fā)射換能器Tl采用328ST160，其中心頻率為32. 81. 0 kHz。使用PIcl6F628A單片機(jī)的PWM控制器，由RB3引腳輸出約32. 8 kHz的方波信號(hào)，并通過(guò)三極管Ql和4069進(jìn)行電壓和電流的放大，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)射換能器Tl發(fā)射出超聲波信號(hào)。其中三極管Q2是為系統(tǒng)自檢而設(shè)計(jì)的。在正常的探測(cè)過(guò)程中，RBO端口一直輸出低電平，使三極管Q2保持截止?fàn)顟B(tài)，不會(huì)影響超聲波發(fā)送換能器的正常發(fā)射。超聲波接收電路超聲波接收換能器采用328SR160，其中心頻率亦為32. 8 士 I.0 kHz。由于超聲波接收換能器328SR160直接接收到的信號(hào)比較微弱，首先需要通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行放大。這里使用的運(yùn)算放大器型號(hào)為T(mén)L062，為了配合后面進(jìn)行檢波，分別組成正相和反相放大電路。檢波電路實(shí)際上使用了雙向模擬開(kāi)關(guān)芯片4066，利用超聲波發(fā)送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為檢波的參考信號(hào)，即由RB3控制4066的模擬開(kāi)關(guān)的切換。當(dāng)RB3電平為高時(shí)，連通正相放大電路；當(dāng)RB3電平為低時(shí)，連通反相放大電路。這相當(dāng)于把放大之后的信號(hào)不停地乘以土 1，其切換頻率和超聲波的發(fā)送頻率一樣。設(shè)該頻率為，fo，則模擬開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的等效信號(hào)是頻率為fo，幅值為土 I的方波，設(shè)之為uo。則由傅里葉級(jí)數(shù)可得
UOo通過(guò)檢波電路處理輸出u信號(hào)，u信號(hào)通過(guò)后續(xù)的低通濾波電路、微分電路、帶通濾波電路、電平比較電路的處理，最后將信號(hào)輸入到PIC16F628A單片機(jī)。通過(guò)PIC16F628A單片機(jī)進(jìn)行判斷是否有人運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于該裝置基于PIC16F628A單片機(jī)，采用一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的發(fā)射換能器，利用多普勒效應(yīng)，在一定空間內(nèi)能夠有效地探測(cè)到是否有人進(jìn)入，并且能夠輸出信號(hào)控制照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)。
圖I為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型PIC16F628A單片機(jī)引腳圖。圖3為超聲波發(fā)射電路電路圖。圖4為超聲波接收電路電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖1、2、3、4 所示。具備ー對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，主要由PIC16F628A單片機(jī)、以及與PIC16F628A單片機(jī)連接的超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路構(gòu)成。所述PIC16F628A單片機(jī)包括RB3引腳和RBO引腳，所述超聲波發(fā)射電路與RB3引腳和RBO引腳連接；所述超聲波接收電路主要由超聲波接收換能器328SR160、以及超聲波接收換能器328SR160連接的反相放大電路和正相放大電路構(gòu)成，所述反相放大電路和正相放大電路均連接有檢波電路，所述檢波電路依次連接有低通濾波電路、微分電路、帶通濾波電路、電平比較電路，所述PIC16F628A單片機(jī)包括RB3引腳和RB5引腳，所述RB3引腳與檢波電路連接，所述RB5引腳與電平比較電路連接。所述超聲波發(fā)射電路主要由三極管Q1、三極管Q2、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，所述三極管Ql的I引腳與RB3引腳連接，三極管Q2的I引腳與RBO引腳連接，且所述三極管Ql的3引腳接地，三極管Q2的3引腳接地，且上所述三極管Ql的2引腳與三極管Q2的2引腳連接、同時(shí)與放大電路連接；所述三極管Ql和三極管Q2的2引腳還連接有上拉電阻R2 ;所述驅(qū)動(dòng)電路還連接有發(fā)射換能器Tl。所述驅(qū)動(dòng)電路由反相器D1、反相器D2、反相器D3、反相器D4、反相器D5、反相器D6構(gòu)成，所述反相器Dl的輸入端與三極管Ql的2引腳連接，所述反相器Dl的輸出端與反相器D2、反相器D3、反相器D4的輸入端連接，所述反相器D3的輸出端與反相器D5、反相器D6的輸入端連接，且所述反相器D2、反相器D4、反相器D5、反相器D6的輸出端均與發(fā)射換能器Tl連接；且所述反相器D2和反相器D4的輸出端與發(fā)射換能器Tl之間還設(shè)置有電容。所述發(fā)射換能器Tl的型號(hào)為328ST160。所述PIC16F628A單片機(jī)還包括RB2引腳，所述RB2引腳還連接有LED燈。工作原理當(dāng)聲源與聲波接收器之間存在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)吋，聲波接收器所接收到的信號(hào)頻率將與傳播的聲波頻率有所不同，頻率差量與聲源和接收器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有夫，這就是多普勒效應(yīng)造成的。本設(shè)計(jì)采用超聲波發(fā)送器和接收器均朝同方向固定不動(dòng)，當(dāng)有障礙物體朝向或者遠(yuǎn)離二者運(yùn)動(dòng)吋，可以看作是由障礙物表面對(duì)聲波的反射效應(yīng)所形成的鏡像聲源與接收器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同樣可以利用多普勒效應(yīng)，根據(jù)接收器收到的信號(hào)來(lái)判斷是否有人在探測(cè)范圍內(nèi)移動(dòng)。該裝置同時(shí)具有超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路，使用時(shí)安裝方便。正面最大探測(cè)距離在I 5. 5 m可調(diào)，可以對(duì)該空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行有效地探測(cè)。當(dāng)探測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體之后輸出+12 V信號(hào)控制照明裝置的開(kāi)關(guān)。其輸出+12 V的持續(xù)時(shí)間可以在15 I800 s可調(diào)。本裝置采用發(fā)射和接收分別獨(dú)立的發(fā)射換能器Tl，硬件系統(tǒng)基本可以分為微處理器部分、發(fā)射部分和接收部分，即PIC16F628A單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路。微處理器使用的是Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F628A單片機(jī)該單片機(jī)為精簡(jiǎn)指令集型處理器(RISC)，共有35條匯編指令，使用起來(lái)簡(jiǎn)捷有效。PIC16F628A共有18個(gè)引腳，標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為5 V，外接晶振最大可以達(dá)到20 MHz0其內(nèi)部資源非常豐富，含有
2KB的Flash程序存儲(chǔ)器、224B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、2個(gè)模擬比較器、I個(gè)PWM控制器、I個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，I個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，I個(gè)8位定時(shí)器，以及上電啟動(dòng)電路、掉電復(fù)位電路和看門(mén)狗電路等。PIC16F628A還能夠響應(yīng)定時(shí)器、比較器、RB端口等多種硬件中
斷合理地使用這些資源可以有效簡(jiǎn)化外圍電路，降低產(chǎn)品的成本。超聲波發(fā)射電路發(fā)射換能器Tl采用328ST160，其中心頻率為32. 81. 0 kHz。使用PIcl6F628A單片機(jī)的PWM控制器，由RB3引腳輸出約32. 8 kHz的方波信號(hào)，并通過(guò)三極管Ql和4069進(jìn)行電壓和電流的放大，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)射換能器Tl發(fā)射出超聲波信號(hào)。其中三極管Q2是為系統(tǒng)自檢而設(shè)計(jì)的。在正常的探測(cè)過(guò)程中，RBO端口一直輸出低電平，使三極管Q2保持截止?fàn)顟B(tài)，不會(huì)影響超聲波發(fā)送換能器的正常發(fā)射。如圖4所示。超聲波接收電路超聲波接收換能器采用328SR160，其中心頻率亦為32. 8 士 I. 0 kHz。由于超聲波接收換能器328SR160直接接收到的信號(hào)比較微弱，首先需要通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行放大。這里使用的運(yùn)算放大器型號(hào)為T(mén)L062，為了配合后面進(jìn)行檢波，分別組成正相和反相放大電路。檢波電路實(shí)際上使用了雙向模擬開(kāi)關(guān)芯片4066，利用超聲波發(fā)送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為檢波的參考信號(hào)，即由RB3控制4066的模擬開(kāi)關(guān)的切換。當(dāng)RB3電平為高時(shí)，連通正相放大電路；當(dāng)RB3電平為低時(shí)，連通反相放大電路。這相當(dāng)于把放大之后的信號(hào)不停地乘以土 1，其切換頻率和超聲波的發(fā)送頻率一樣。設(shè)該頻率為，fo，則模擬開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的等效信號(hào)是頻率為fo，幅值為土 I的方波，設(shè)之為uo。則由傅里葉級(jí)數(shù)可得U0。通過(guò)檢波電路處理輸出U信號(hào)，u信號(hào)通過(guò)后續(xù)的低通濾波電路、微分電路、帶通濾波電路、電平比較電路的處理，最后將信號(hào)輸入到PIC16F628A單片機(jī)。通過(guò)PIC16F628A單片機(jī)進(jìn)行判斷是否有人運(yùn)動(dòng)。如上所述，則能很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.具備一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，其特征在于主要由PIC16F628A單片機(jī)、以及與PIC16F628A單片機(jī)連接的超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路構(gòu)成； 所述超聲波接收電路主要由超聲波接收換能器328SR160、以及超聲波接收換能器328SR160連接的反相放大電路和正相放大電路構(gòu)成，所述反相放大電路和正相放大電路均連接有檢波電路，所述檢波電路依次連接有低通濾波電路、微分電路、帶通濾波電路、電平比較電路，所述PIC16F628A單片機(jī)包括RB3引腳和RB5引腳，所述RB3引腳與檢波電路連接，所述RB5引腳與電平比較電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，其特征在于所述PIC16F628A單片機(jī)包括RB3引腳和RBO引腳，所述超聲波發(fā)射電路與RB3引腳和RBO引腳連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具備一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，其特征在于所述超聲波發(fā)射電路主要由三極管Q1、三極管Q2、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，所述三極管Ql的I引腳與RB3引腳連接，三極管Q2的I引腳與RBO引腳連接，且所述三極管Ql的3引腳接地，三極管Q2的3引腳接地，且上所述三極管Ql的2引腳與三極管Q2的2引腳連接、同時(shí)與放大電路連接；所述三極管Ql和三極管Q2的2引腳還連接有上拉電阻R2 ;所述驅(qū)動(dòng)電路還連接有發(fā)射換能器Tl。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具備一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路由反相器Dl、反相器D2、反相器D3、反相器D4、反相器D5、反相器D6構(gòu)成，所述反相器Dl的輸入端與三極管Ql的2引腳連接，所述反相器Dl的輸出端與反相器D2、反相器D3、反相器D4的輸入端連接，所述反相器D3的輸出端與反相器D5、反相器D6的輸入端連接，且所述反相器D2、反相器D4、反相器D5、反相器D6的輸出端均與發(fā)射換能器Tl連接；且所述反相器D2和反相器D4的輸出端與發(fā)射換能器Tl之間還設(shè)置有電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具備一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，其特征在于所述發(fā)射換能器Tl的型號(hào)為328ST160。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具備一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，其特征在于所述PIC16F628A單片機(jī)還包括RB2引腳，所述RB2引腳還連接有LED燈。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了具備一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的聲波換能器入侵探測(cè)裝置，主要由PICl6F628A單片機(jī)、以及與PICl6F628A單片機(jī)連接的超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路構(gòu)成。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于該裝置基于PICl6F628A單片機(jī),采用一對(duì)收發(fā)獨(dú)立的發(fā)射換能器,利用多普勒效應(yīng),在一定空間內(nèi)能夠有效地探測(cè)到是否有人進(jìn)入,并且能夠輸出信號(hào)控制照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)。
文檔編號(hào)G05B19/042GK202563301SQ20122021143
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者林鋒 申請(qǐng)人:四川優(yōu)的科技有限公司