Gedetailleerde oorsig van die beginsel van ultrasoniese afstandsensor en die kringontwerp van die ultrasoniese reeksomskakelaar

As gevolg van die sterk rigting van ultrasoniese golwe, stadige energieverbruik en lang afstande in die medium, word ultrasoniese golwe dikwels gebruik vir afstandmeting. Ultrasoniese afstandmeters en vlakmeetinstrumente kan byvoorbeeld deur ultrasoniese golwe gerealiseer word. Ultrasoniese toetsing is dikwels vinnig, gerieflik, maklik om te bereken, maklik om intydse beheer te bereik, en kan voldoen aan industriële praktiese vereistes in terme van metingsakkuraatheid, so dit is ook wyd gebruik in die ontwikkeling van mobiele robotte. Ten einde 'n mobiele robot outomaties hindernisse te vermy en te loop, moet dit toegerus wees met 'n afstandmeetstelsel sodat dit die afstandinligting (afstand en rigting) betyds vanaf die hindernis kan verkry. Die drie-rigting (voor, links en regs) ultrasoniese afstandmetingstelsel wat in hierdie artikel bekendgestel word, is om 'n bewegingsafstandinligting te verskaf vir die robot om sy voor-, linker- en regteromgewing te verstaan.

Tweedens, die beginsel van ultrasoniese afstand transducer

1. Ultrasoniese kragopwekker

Om ultraklank te bestudeer en te gebruik, is baie ultraklankgenerators ontwerp en gemaak. Oor die algemeen kan ultrasoniese kragopwekkers in twee kategorieë verdeel word: een is om ultrasoniese golwe elektries op te wek, en die ander is om ultrasoniese golwe meganies op te wek. Elektriese metodes sluit in piëso-elektriese, magnetostriktiewe en elektriese, ens.; meganiese metodes sluit in fluit, vloeistoffluitjie en lugfluitjie. Die frekwensie, krag en soniese kenmerke van die ultrasoniese golwe wat hulle produseer is anders, so hul gebruike is ook anders. Tans word die piëzo-elektriese ultrasoniese kragopwekker meer algemeen gebruik.

2. Beginsel van piëzo-elektriese ultrasoniese kragopwekker

Die piëzo-elektriese ultrasoniese kragopwekker gebruik eintlik die resonansie van 'n piëso-elektriese kristal om te werk. Die interne struktuur van die ultrasoniese kragopwekker word getoon. Dit het twee piëso-elektriese wafers en 'n resonansieplaat. Wanneer 'n pulssein aan sy twee pole toegepas word, waarvan die frekwensie gelyk is aan die natuurlike ossillasiefrekwensie van die piëso-elektriese wafer, sal die piëso-elektriese wafer resoneer en die resonansieplaat dryf om te vibreer om ultrasoniese golwe te genereer. Inteendeel, as geen spanning tussen die twee elektrodes toegepas word nie, wanneer die resonansieplaat ultrasoniese golwe ontvang, sal dit die piëso-elektriese skyfie druk om te vibreer en die meganiese energie in elektriese seine om te skakel, en dan sal dit 'n ultrasoniese ontvanger word.

3. Die beginsel van ultrasoniese transducer vir afstandmeting

Die ultrasoniese sender stuur ultrasoniese golwe in 'n sekere rigting uit en begin tydsberekening op dieselfde tyd as die bekendstellingstyd. Die ultrasoniese golwe versprei in die lug en keer dadelik terug wanneer struikelblokke op pad teëkom. Die ultrasoniese ontvanger stop tydsberekening onmiddellik na ontvangs van die gereflekteerde golwe. Die voortplantingsspoed van die ultrasoniese golf in die lug is 340m/s. Volgens die tyd t wat deur die timer aangeteken word, kan die afstand tussen die lanseerpunt en die hindernis(s) bereken word, naamlik: s=340t/2

Figuur 1 Ultrasoniese sensorstruktuur

Dit is die sogenaamde tydverskil-omvangmetode.

Derdens, die kringontwerp van die ultrasoniese reeksomskakelaar

Die kenmerk van hierdie stelsel is die gebruik van 'n enkelskyfie-mikrorekenaar om die transmissie van ultrasoniese golwe te beheer en die tydsberekening van die heen-en-weer-rittyd van ultrasoniese golwe vanaf transmissie tot ontvangs. Die enkelskyfie-keuse is ekonomies en maklik om te gebruik, en daar is 'n 4K ROM op die skyfie vir maklike programmering. Die stroombaan skematiese diagram word getoon. Slegs die bedradingsdiagram van die voorste reeksbaan word geteken, en die linker- en regterreeksbaanbane is dieselfde as die voorste reeksbaankring.

1. 40kHz pulsopwekking en ultrasoniese uitstraling

Die ultrasoniese sensor in die afstandmeetstelsel neem die piëzo-elektriese keramieksensor van UCM40 aan, en sy werkspanning is 'n pulssein van 40kHz, wat gegenereer word deur die enkelskyfie-rekenaar wat die volgende program uitvoer.

Die insetterminaal van die voorste reeksbaan is gekoppel aan die P1.0-poort van die enkelskyfie-mikrorekenaar. Nadat die enkelskyfie-mikrorekenaar die bogenoemde program uitgevoer het, voer dit 'n 40kHz-pulssein by die P1.0-poort uit, wat deur die transistor T versterk word, die ultrasoniese sender UCM40T aandryf en 40kHz gepulseerde ultrasoniese golwe uitstuur. En gaan voort om 200ms te stuur. Die insetpunte van die regter- en linkerafstandbaankringe is onderskeidelik aan die P1.1- en P1.2-poorte verbind, en die werkbeginsel is dieselfde as dié van die voorste reeksbaanbaan.

2. Ultrasoniese ontvangs en verwerking

Die ontvangkop neem die UCM40R aan, gepaard met die senderkop, ultrasoniese transducer sensor skakel die ultrasoniese gemoduleerde puls om in 'n wisselspanningsein, wat deur die operasionele versterkers IC1A en IC1B versterk word en dan by IC2 gevoeg word. IC2 is 'n oudio-dekodering geïntegreerde blok LM567 met 'n geslote lus. Die middelfrekwensie van die interne spanningbeheerde ossillator is f0=1/1.1R8C3, en die kapasitor C4 bepaal sy sluitbandwydte. As R8 op die uitsaaidraerfrekwensie aangepas word, is die LM567-insetsein groter as 25mV, en die uitsetpen 8 verander van hoë vlak na lae vlak, wat as 'n onderbrekingsversoeksein gebruik word en na die mikrobeheerder gestuur word vir verwerking.

Die uitsetterminaal van die voorste reeksbaan is aan die MCU INT0-poort gekoppel, die onderbrekingsprioriteit is die hoogste, die uitset van die linker- en regterreeksbaan is gekoppel aan die MCU INT1-poort deur die uitset van die EN-hek IC3A, terwyl die MCU P1.3 en P1.4 gekoppel is aan die inset van IC3A Aan die einde word die identifikasie van die onderbreking hanteer, prioriteit is eers regs en dan links.