简易声波检测系统 硬件系统搭建

Hoz日ii由oioz嬲秦型工秦囹辟币秦¥健多聿¥各秦漓Bi型工秦图猊币一:<军畛燮H碗联罩曾凰:目蹈吊苗44祺型嵌开题背景人耳能听到的声波频率为20〜20000赫兹，频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应，包括以下4种效应：机械效应、空化作用、热效应、热效应。超声效应已广泛用于实际，主要有如下几方面：超声检验(超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术)、超声处理(超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用)、基础研究。通常用于医学诊断的超声波频率为1〜5兆赫兹。其重要应用超声医学正随着超声检测与超声处理的发展在不断发展。超声医学的临床应用主要：治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等。超声诊断方面：A超诊断、B超诊断、D超诊断、M超诊断、彩色超声多普勒诊断等、三维超声诊断、四维超声诊断。目前国外的最新进展是三维、四维超声诊断，我国从1958年A型超声诊断仪诞生到开放引进使技术快速发展，双功超声诊断仪、彩色超声血流图仪等相继制成。同时，中、低档机型产销增长迅速，目前产品紧跟世界先进水平。超声信号的检测、识别和显示成为超声波诊断(超声医学)的关键环节之一。课题目的通过本实验了解超声波的特点、主要参数、发展史及主要的临床应用。掌握音频信号的检测、识别和显示等基本原理。这里实验室条件下我们以低频音频信号代替超声波信号实验。课题研究的主要内容音频信号频率识别及显示，识别范围0-10kHZ;峰峰值测量及显示；峰值包络检出及显示；Protell99作原理图并生成PCB板；完成技术报告一篇原理和方法原理1)串联型二极管峰值包络检波器电路由二极管D和RC低通滤波器相串接构L成。输入US时,通过D的电流i在RlC电路产生平均电压Uav，该电压又反作用于D上（称平均电压负反馈效应），影响通过二极管的电流。若U=V（1+Mcos。t）cossCt则u=nv+nmvcos。t=v+uAVdcmdacmAVav其中U8UavQ所以实现了线性检波。•电容两端存在锯齿脉冲电压U0称未滤净的残余高频电压，UAV输出平均电压反映了包络变化规律。•二极管的导通角0很小（"=寸嬴瓦），所以动态平衡时它工作在信号峰值附近。检波性能与RlC时间常数相关，Rlc愈大u0愈小，UAV愈大检波性能愈好。整体方案论设计本系统是基于硬件电路的声音检测系统。该系统主要有音频信号提取模块、音频信号处理模块（信号放大、波形比较整形）、555定时器（产生1s的方波）、鉴频电路（RC电路）、包络检波电路（运放、二极管）、LED显示单元。整体工作原理：设计采用微音器采集信号，LF442功率放大，由LM567CN选频网络实现信号频率的选择（频率通过电位器及电容值来调节控制），信号经LM339比较器进行波形整形成方波信号，通过555定时器产生的1s标准方波信号进行定时，来计算信号频率，通过鉴频器（RC电路）控制，信号进入LED显示单元（LM339和二极管），仿照电压表的工作原理，通过控制不同的电阻值，用7个二极管的亮灭显示不同电压（频率不同）的信号。具体模块及其实现（原理图）1）微音器+LF442图1.12)LM567CN选频网络3)波形整形电图1.3工作原理：此电压比较器是但门限电压比较器，当输入电压大于门限电压时，LM339输出高电平；当输入电压小于门限电压时，LM339输出低电平。可将非方波信号整形成方波信号。4)555定时器图1.4工作原理：没有触发信号时2脚（设为vl）处于高电平（v1>Vcc/3）,如果接通电源后Q=0,（设3脚输出电压为v0）v0=0，T导通，电容通过放电三极管T放电，使vc=0,v0保持低电平不变。如果接通电源后Q=1,放电三极管T就会截止，电源通过电阻R向电容C充电，当vc上升到2Vcc/3时，由于R=0,S=1,锁存器置0，v0为低电平。此时放电三极管T导通，电容C放电，v0保持低电平不变。因此，电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态v0=0。若触发输入端加触发信号（v1<Vcc/3），电路的输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。放电三极管T截止。此后电容C充电，当C充电至vc=2Vcc/3时，电路的输出电压v0由高电平翻转为低电平，同时T导通，于是电容C放电，电路返回到稳定状态。输出电压v0的脉宽tw=RCln3^1.1R5C2可以通过调节R2、C2的值来调节输出电压的脉宽和占空比。5）鉴频及包络检波图1.5工作原理：1）RC鉴频器：根据R6左端输入的信号的频率的不同，C3分的电压值就不同，通过包络检波电路部分，在LM324的7脚可以用示波器显示出波形的包络值。2）串联型二极管峰值包络检波器电路由二极管D和RC低通滤波器相串接构L成。输入US时,通过D的电流i在RlC电路产生平均电压Uav，该电压又反作用于D上（称平+°一°I+1+均电压负反馈效应），影响通过二极管的电流。七°*"叫若u=V（1+Mcos。t）cossct—。U1一一贝Uu=nv+nmvcos。t=v+uAVdcmdacmAVav其中U8UavQ所以实现了线性检波。•电容两端存在锯齿脉冲电压U0称未滤净的残余高频电压，UAV输出平均电压反映了包络变化规律。•二极管的导通角0很小（何=1嬴瓦），所以动态平衡时它工作在信号峰值附近。•检波性能与RlC时间常数相关，Rlc愈大U0愈小，UAV愈大检波性能愈好。•控制RCZ5fn可实现波形包络的测量。6）显示电路（LM339及二极管）工作原理：仿照电压表的工作原理，经参考电压均分成7个值：5/8V、10/8V、15/8V、20/8V、25/8V、30/8V、35/8V、40/8V和反相端输入的电压值进行比较。当35/8V<V<40/8V时，二极管D9亮其余不亮；10/8V<V<15/8V时，二极管D9、D8亮其余不亮；当in15/8V<V<20/8V时，二极管D9、D8、D7亮其余不亮；当20/8V<V<25/8V时，二极管D9、D8、D7、D6亮其余不亮；25/8V<V<30/8V时，二极管D9、D8、D7、D6、D5亮其余不亮；30/8V<V<35/8V时，二极管D9、D8、D7、D6、D5、D4亮其余不亮;35/8V<V<40/8V二极管D9、D8、D7、D6、D5、D4、D3都亮。通过二极管亮灭的情况大致确定信号频率的范围，再通过表盘，可读出大致的频率范围。结果与讨论1）包络检波电路部分必须控制RC湖认，才能实现电容的充放电时间和峰值的测量。2）本方案555定时器占空比固定，可以稍作改进成为占空比可调的定时器电路，如下图所示R1VC'C'R3R4R1R4图1.7充电时间：tPL放电时间：tpHt"0.7RCt崩.7RC，工机1.43tl+1h(RA+RB)占空比：q(%