Падрабязны агляд прынцыпу працы ультрагукавога датчыка і схемы ультрагукавога датчыка

З-за моцнай накіраванасці ультрагукавых хваль, павольнага спажывання энергіі і вялікіх адлегласцей у асяроддзі ультрагукавыя хвалі часта выкарыстоўваюцца для вымярэння адлегласці. Напрыклад, ультрагукавыя далямеры і ўзровеньвымяральныя прыборы могуць быць рэалізаваны ультрагукавымі хвалямі. Ультрагукавое тэсціраванне часта хуткае, зручнае, простае для разліку, лёгкае для кантролю ў рэжыме рэальнага часу і можа адпавядаць прамысловым практычным патрабаванням з пункту гледжання дакладнасці вымярэнняў, таму яно таксама шырока выкарыстоўваецца пры распрацоўцы мабільных робатаў. Для таго, каб мабільны робат мог аўтаматычна пазбягаць перашкод і ісці, ён павінен быць абсталяваны сістэмай вымярэння адлегласці, каб ён мог своечасова атрымліваць інфармацыю аб адлегласці (адлегласці і кірунку) ад перашкоды. Ультрагукавая сістэма вымярэння адлегласці ў трох кірунках (спераду, злева і справа), прадстаўленая ў гэтым артыкуле, павінна прадастаўляць робату інфармацыю аб адлегласці перамяшчэння, каб ён мог разумець сваё асяроддзе спераду, злева і справа.

Па-другое, прынцып ультрагукавой датчык адлегласці

1. Ультрагукавой генератар

Для вывучэння і выкарыстання ультрагуку было распрацавана і зроблена мноства генератараў ультрагуку. Наогул кажучы, ультрагукавыя генератары можна падзяліць на дзве катэгорыі: адна - для генерацыі ультрагукавых хваль электрычным спосабам, а другая - для генерацыі ультрагукавых хваль механічным спосабам. Электрычныя метады: п’езаэлектрычны, магнітастрыкцыйны, электрычны і інш.; механічныя метады ўключаюць флейту, вадкі свісток і паветраны свісток. Частата, магутнасць і гукавыя характарыстыкі ультрагукавых хваль, якія яны вырабляюць, розныя, таму іх выкарыстанне таксама рознае. У цяперашні час больш шырока выкарыстоўваецца п'езаэлектрычны ультрагукавой генератар.

2. Прынцып дзеяння п'езаэлектрычнага ультрагукавога генератара

П'езаэлектрычны ультрагукавой генератар фактычна выкарыстоўвае для працы рэзананс п'езаэлектрычнага крышталя. Паказана ўнутраная структура ультрагукавога генератара. Ён мае дзве п'езаэлектрычныя пласціны і рэзанансную пласціну. Калі на яго два полюсы падаецца імпульсны сігнал, частата якога роўна ўласнай частаце ваганняў п'езаэлектрычнай пласціны, п'езаэлектрычная пласціна ўступіць у рэзананс і прымусіць рэзанансную пласціну вібраваць, ствараючы ультрагукавыя хвалі. Наадварот, калі паміж двума электродамі не падаецца напружанне, калі рэзанансная пласціна прымае ультрагукавыя хвалі, яна будзе націскаць на п'езаэлектрычны чып, каб ён вібраваў і пераўтвараў механічную энергію ў электрычныя сігналы, а затым стаў ультрагукавым прыёмнікам.

3. Прынцып ст ультрагукавой пераўтваральнік для вымярэння адлегласці

Ультрагукавы перадатчык выпраменьвае ультрагукавыя хвалі ў пэўным кірунку і пачынае адлік часу адначасова з часам запуску. Ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца ў паветры і неадкладна вяртаюцца, калі сустракаюцца перашкоды на шляху. Ультрагукавой прыёмнік спыняе адлік часу адразу пасля атрымання адлюстраваных хваль. Хуткасць распаўсюджвання ультрагукавой хвалі ў паветры складае 340 м/с. Па часе t, запісаным таймерам, можна вылічыць адлегласць паміж кропкай запуску і перашкодай (s), а менавіта: s=340t/2

Малюнак 1 Структура ультрагукавога датчыка

Гэта так званы метад ранжыравання розніцы ў часе.

Па-трэцяе, схемная канструкцыя ультрагукавога пераўтваральніка дальнасці

Характарыстыкай гэтай сістэмы з'яўляецца выкарыстанне адначыпавага мікракампутара для кантролю перадачы ультрагукавых хваль і часу праходжання ультрагукавых хваль ад перадачы да прыёму. Выбар аднаго чыпа з'яўляецца эканамічным і простым у выкарыстанні, і ёсць 4K ROM на чыпе для лёгкага праграмавання. Паказана прынцыповая схема ланцуга. На малюнку намалявана толькі схема падлучэння пярэдняй ланцуга вымярэння дальнасці, а левая і правая ланцугі вымярэння дальнасці аднолькавыя з пярэдняй ланцугом вымярэння дальнасці.

1. Генерацыя імпульсаў 40 кГц і ультрагукавое выпраменьванне

Ультрагукавы датчык у сістэме вымярэння адлегласці выкарыстоўвае п'езаэлектрычны керамічны датчык UCM40, і яго працоўнае напружанне ўяўляе сабой імпульсны сігнал 40 кГц, які генеруецца адначыпавым кампутарам, які выконвае наступную праграму.

Уваходная клема пярэдняй схемы вымярэння дальнасці падлучана да порта P1.0 адначыпавага мікракампутара. Пасля таго, як адначыпавы мікракампутар выканае вышэйзгаданую праграму, ён выдае імпульсны сігнал 40 кГц на порт P1.0, які ўзмацняецца транзістарам Т, кіруе ультрагукавым перадатчыкам UCM40T і пасылае імпульсныя ультрагукавыя хвалі 40 кГц. І працягвайце перадаваць 200 мс. Уваходныя канцы правай і левай ланцугоў вымярэння дальнасці падлучаны да партоў P1.1 і P1.2 адпаведна, і прынцып працы такі ж, як і ў пярэдняй схемы вымярэння дальнасці.

2. Ультрагукавой прыём і апрацоўка

Прыёмная галоўка прымае UCM40R у пары з перадаючай галоўкай, датчык ультрагукавога пераўтваральніка пераўтворыць ультрагукавы мадуляваны імпульс у сігнал пераменнага напружання, які ўзмацняецца аперацыйнымі ўзмацняльнікамі IC1A і IC1B, а затым дадаецца да IC2. IC2 - гэта інтэграваны блок LM567 для дэкадавання гуку з замкнутым контурам. Цэнтральная частата ўнутранага асцылятара, які кіруецца напругай, роўная f0=1/1,1R8C3, і кандэнсатар C4 вызначае яго прапускную здольнасць фіксацыі. Рэгулюючы R8 на нясучай частаце перадачы, уваходны сігнал LM567 перавышае 25 мВ, і выхадны кантакт 8 змяняецца з высокага ўзроўню на нізкі ўзровень, які выкарыстоўваецца ў якасці сігналу запыту перапынення і адпраўляецца ў мікракантролер для апрацоўкі.

Выхад пярэдняй ланцуга рэгулявання дальнасці падлучаны да порта MCU INT0, прыярытэт перапынення самы высокі, выхад левай і правай ланцугоў дальнасці падлучаны да порта MCU INT1 праз выхад вентылятара І IC3A, у той час як MCU P1.3 і P1.4 падлучаны да ўваходу IC3A. У рэшце рэшт, ідэнтыфікацыя крыніцы перапынення апрацоўваецца праграмным запытам, а прыярытэт перапынення - справа наперад. а потым пайшоў.