基于8051单片机的超声波发生器设计方案

2.4 和频电路的设计

在本实验中运用的是CD4081集成与门电路，与门主要是将输入的两列方波信号相互作用后再输出，而后进入后面的5倍频电路进行进一步的处理。在本实验中与门起到了乘法器的作用，并且可以减少杂波的干扰，使实验效果更加良好。

其中与门实现和频的原理是实验中的关键，下面就对此做出讨论：设两列占空比为1;1幅值为1的方波b(t)和x(t)的频率分别为f0和f1= f0+△，其中f0为标准频率，f1为待测频率，设f1≥f0且1≤f1/f0＜2(同理可证明f0≥f1且1≤f0/fl＜2的情况)，△max=max{△}



根据傅里叶有关定理知：设周期为2l周期函数f(x)满足收敛定理条件，则它的傅里叶级数展开式为：






假设有两列波：

方波1可表示为：

sinω1t+(1/3)sin3ω1t+(1/5)sin5ω1t+…

方波2可表示为：

sinω2t+(1/3)sin3ω2t+(1/5)sin5ω2t+…

方波1乘以方波2就为ω1+ω2波。

本实验中方波1(0.15 MHz)与方波2(0.15 MHz)经过与门后就变成0.3 MHz(0.15MHz+0.15MHz)的方波，如图8所示。



由非门输出的信号频率即在A5点(0.15MHz)或A6点(0.15MHz)经由与门后输出的信号应为频率为O.3 MHz的方波(即在A7点)，仿真结果如图9所示。

2.5 选频电路的设计

在本实验中运用的5倍频选频电路和5倍频倍频电路的原理相同，如图10所示。



由与门输出的信号频率即在A7点(O.3 MHz)经过5倍频选频电路后输出的超声波的频率为1.5 MFIz，仿真结果如图11所示。

2.6 整体电路的设计

整体电路如图12所示。由单片机输出的信号频率即在A1点或A2点(O.03 MHz)经由5倍频放大后输出的信号频率应为输入信号频率的5倍即为A3点或A4点(0.15 MHz);经由2个非门后(即在A5点或A6点)输出的信号应为方波;由非门输出的信号频率即在A7点应为两列方波经由与门后输出的信号应为频率相加的方波(O.3 MHz);由与门输出的信号频率即在A7点经过5倍频选频电路后输出的超声波的频率为1.5 MHz(A8点)，仿真结果如图13所示。





　　3 信号检测模块的设计

在本设计中由信号发生模块发出O.03 MHz初始信号后，经过信号处理模块后是否达到预定要求，这需要经过检测模块检测最终信号是否达到1.5～1_8 MHz的频率要求。本模块由数字示波器来进行检测的，经过查看图形，设计达到预期要求，如图14所示。



4 结语

本设计中设计的农用超声波发生器结构简单、使用方便、维修便宜，可靠性好，性能稳定。该超声波发生器不仅可以在农业上用来杀灭水蚤，而且可以一机多用，因为该机的功能完全取决于8051单片机的所编程序，根据实际需要，可以随时改变程序设计来满足要求，可移植性好。该超声波发生器成本较低，实用性好，便于在农业上广泛普及。