超聲波液位計研發的探討   十六

為了實現阻抗的匹配和大電流的驅動，IRF540 場效應管的前級由兩個三極管Q3 和Q4 組成的推挽電路構成。其中Q3 為PNP 型三極管，Q4 為NPN 型三極管。當發射激勵脈沖的時候，由于變壓器T1 線圈的寄生電容和電感對前級電路的影響比較的大，信號的突然變化也容易在端口上產生振蕩，所以為了保護單片機的I/O 口，實際電路中采用了光耦器件TLP521 將單片機和實際的發射電路進行了可靠地電氣隔離。

下面詳細介紹超聲波發射電路的具體工作過程。電路上電以后，C8051F020 單片機的管腳P2.0 發射頻率為50KHz、幅值為3.3Vpp 的脈沖激勵信號，由圖中可以看出，這一脈沖串由兩組周期為20us 的方波組成，前后均為8 個脈沖。兩脈沖串中間有一個周期為30us 的脈沖，其占空比為1:1。很明顯，由于這個30us 脈沖的存在，使得前后8 個方波的脈沖組雖然周期和幅值都不變，但是在時域范圍內產生了180°的相變，這是對MARK 技術的一種改進。所謂MARK 技術，就是兩串中間加一個特定延時，而延時周期不一定是原始方波的1.5 倍，接收信

號便可以通過這個延時確定一個穩定的接收時刻。本課題所要取的是回波信號包絡線的凹陷點，經過試驗驗證，采用上述方案回波信號的包絡線的凹陷程度要比采用一般的MARK 技術明顯，這將在下面的章節中繼續討論。

單片機發射的激勵信號經過光耦TLP521 隔離后，進入單比較器LM311 的反相輸入端3 腳，比較器的同相輸入端2 腳給一個2.5V 左右的比較電壓，7 腳輸出端經上拉電阻R24 上拉至10V 電壓后，用以激勵三極管Q3 和Q4 組成的推挽電路，控制IRF540 場效應管的通斷，實現對變壓器T1 的通斷控制。在停止發送激勵信號后，單片機P2.0 管腳置“1”，輸出高電平，此時光耦TLP521 不工作，比較器的反相輸入端電壓高于2.5V，因此LM311 在靜態時輸出低電平，從而實現對IRF540 場效應管的關斷。分析圖2.4 的工作原理，當電壓比較器LM311 的7 腳有脈沖輸出時，三極管Q3 和Q4 交替工作。高電平時，三極管Q4 工作，從而IRF540 的柵極G 電平為高，場效應管導通；低電平時，三極管Q3 工作，IRF540 場效應管的柵極G 電平為低，場效應管關斷。

超聲波液位計