一种高频超声波信号接收电路的制作方法

本实用新型涉及的一种针对工农业中气象数据监测应用，具体的说是一种应用于超声波气象监测设备中的高频超声波信号接收电路。

背景技术：

超声波气象数据测量设备中，传统的高频超声波测量电路中接收电路过于复杂，使用的芯片工作频率过高导致系统调试过于复杂一致性差。同时，还可能造成超声波接收电路容易受干扰，接收信号弱等问题。由于高频超声波的工作频率较高，因此在利用DSP进行数据处理是ADC必须具备较高的采样率，以保证有足够的采样点，供DSP处理。现有的DSP内部集成的ADC的采样率大多不能满足高频超声波信号的AD采集，因此必须使用高采样率的外部高速ADC。

技术实现要素：

为降低系统成本，避免外部ADC的使用，本实用新型提供了一种高频超声波接收电路，该电路由全模拟电路构成，能够将超声波传感器输出的原始信号转换为门信号输出。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高频超声波信号接收电路，包括超声波传感器，输入端与超声波传感器的输出端连接的模拟信号处理电路单元，输入端与模拟信号处理电路单元的输出端连接的DSP，输入端与DSP的输出端连接的RS485通信模块电路，输入端与RS485通信模块电路的输出端连接的通讯接口，输入端与通讯接口的输出端连接的控制电路，所述控制电路的输出端与DSP的输入端连接；

所述模拟信号处理电路单元包括依次连接的信号放大电路、全波整流电路、低通滤波电路、比较输出电路，所述信号放大电路的输入端连接超声波传感器的输出端，比较输出电路的输出端与DSP输入端连接。

具体地，所述DSP的内部集成ADC，将模拟信号处理电路单元输出的模拟信号转换为数字信号。对超声波传感器输出信号的监测是通过模拟信号处理电路单元将交流信号转换为直流信号，从而降低对ADC模数转换器采样率的要求，使DSP内部集成的ADC便可以满足测量需求。

进一步地，所述通讯接口连接上位机，所述DSP处理得到的数据可通过RS485通信模块电路将测量参数发送到上位机；同时上位机也可以向下发送控制信号通过控制电路改变DSP内部的控制参数，从而满足不同的测量需求。

本实用新型与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种小信号放大、全波整流、低通滤波等简易电路实现DSP能方便处理的信号，结构简单，实用性强，非常适合大规模推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图。

图2为本实用新型模拟信号处理电路单元的电路原理图。

其中，附图标记所对应的名称：

1-超声波传感器，2-模拟信号处理电路单元，3-DSP，4-RS485通信模块电路，5-通讯接口，6-控制电路，7-信号放大电路，8-全波整流电路，9-低通滤波电路，10-比较输出电路。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的系统框图。

一种高频超声波信号接收电路，由超声波传感器1、模拟信号处理单元2、DSP数字信号处理器3、RS485通信模块电路4、通讯接口5、控制电路6六部分组成。具体拓扑关系如图1所示，模拟信号处理电路单元2的输入端连接超声波传感器1的输出端，模拟信号处理电路单元2的输出端连接DSP3的输入端，DSP3的输出端连接RS485通信模块电路4的输入端，RS485通信模块电路4的输出端连接通讯接口5的输入端，控制电路6的输出端连接DSP3的输入端，控制电路6的输入端连接通讯接口5，超声波传感器输出交流信号。

模拟信号处理电路单元2包括依次连接的信号放大电路7、全波整流电路8、低通滤波电路9、比较输出电路10，信号放大电路7的输入端连接超声波传感器1的输出端，比较输出电路10的输出端与DSP3输入端连接。模拟信号处理电路单元2将超声波传感器输出的交流信号转换为直流信号，并产生门信号，触发DSP进行采样。DSP数字信号处理器3负责对测量数据进行数据分析，将测量数据还原为风速、风向等气象参数，并控制RS485通信模块电路4将测量得到的参数通过通讯接口5发送以便上位机进行后续处理。同时上位机也可通过通讯接口5接收来自于上位机的控制信号，通过控制电路6控制改变控制参数从而控制DSP进行的相关处理。

图2为本实用新型模拟信号处理电路单元的电路原理图。

图中超声波传感器输出交流信号，该信号从AIN输入到模拟信号处理电路单元中。信号放大电路7中，由于原始超声波信号幅度较小，使用高速运放U1A、U1B对接收信号进行二阶小信号放大，将接收到的超声波信号进行放大处理，放大到DSP能采集和处理的信号幅度。利用U2A与二极管D1、D2等构成信号全波整流电路8对接收信号进行全波整流得到相对于原始信号频率两倍的整流信号，利用运放U2B、C3、R9对接收信号进行积分滤波，将放大信号全波整流之后积分滤波得到稳定的直流电压，直流电压的大小正比于交流信号。低通滤波电路9由U3A、U3B和U4A构成巴特沃斯低通滤波器，将积分滤波得到的信号中掺杂的高频成分进行滤除防止高频信号的干扰。比较输出电路10由U4B以及电阻构成，实现经低通滤波后的信号进行比较产生门信号，触发采样。

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解这些实施例是用于说明本实用新型而不是限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

如图2所示，根据图2所提供的电路搭建电路之后，利用超声波传感器输出测量交流信号，当超声波传感器有输出信号时，电路将输出一个正比于超声波传感器输出的交流信号幅度与宽度的直流电压信号，同时产生一个门信号。DSP检测到该门信号后开始对当前直流信号进行采样。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制。尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和保护范围。