Як распрацаваць сістэму ультрагукавога датчыка

Прагляды: 1 Аўтар: Рэдактар сайта Час публікацыі: 2020-05-29 Паходжанне: Сайт

Запытайцеся

Ультрагукавы пераўтваральнік далёкасці ў асноўным выкарыстоўваецца ў галіне бескантактавых вымярэнняў. У цяперашні час спецыяльную ультрагукавую сістэму для вымярэння адлегласці цяжка шырока выкарыстоўваць у некаторых малых і сярэдніх прылажэннях з-за высокага кошту. З развіццём аўтамабільнага інтэлекту неабходна распрацоўваць новыя ультрагукавыя датчыкі, якія могуць вымяраць адлегласць з большай дакладнасцю і нізкім коштам. Аднак з-за патрабаванняў высокай дакладнасці звычайны ультрагукавой датчык мае складаную структуру і не можа аўтаматычна наладжвацца ў адпаведнасці з рознымі асяроддзямі, што мае высокі кошт і дрэнную адаптыўнасць. Гэты артыкул знаёміць з распрацоўкай недарагога высокадакладнага ультрагукавога далямернага пераўтваральніка з лічбавым дысплеем з адначыпавым мікракампутарам at89c2051 у якасці ядра. Паколькі гэты ультрагукавой датчык можа вымяраць тэмпературу навакольнага асяроддзя і рэгуляваць сябе, кошт лепш, чым некаторыя існуючыя падобныя прадукты. Гэты ультрагукавы датчык можа выкарыстоўвацца ў дыяпазоне тэмператур ад 0 ℃ да 40 ℃, ад 0,1 м да 0,3 м, з дакладнасцю да 1 мм, таму яго можна выкарыстоўваць у некаторых асаблівых выпадках, такіх як паркоўка самаабслугоўвання, разумная рэгуляванне падвескі і фар і г.д.

Апаратная канструкцыя ультрагукавога дальнамернага пераўтваральніка

Прынцып працы ультрагукавога пераўтваральніка з нержавеючай сталі паказаны на малюнку 1. Сістэма складаецца з адначыпавага мікракампутара AT89C2051, перадачы ультрагуку, прыёмнай схемы ўзмацняльніка, схемы вымярэння тэмпературы навакольнага асяроддзя і схемы дысплея. AT89C205l MCU з'яўляецца асноўным кампанентам усёй сістэмы, каардынуючы працу кожнага кампанента. Крыніца ваганняў, кіраваная адначыпавым мікракампутарам, генеруе сігнал з частатой 40 кГц для кіравання ультрагукавым датчыкам. Кожная перадача змяшчае 10 імпульсаў. Пасля перадачы першага ультрагукавога імпульсу лічыльнік пачынае адлік. У момант, калі выяўляецца першы рэха-імпульс, лічыльнік спыняе адлік, каб можна было атрымаць час △ t ад перадачы да прыёму; схема вымярэння тэмпературы таксама адпраўляе збор даных аб тэмпературы навакольнага асяроддзя ў адначыпавы мікракампутар, каб забяспечыць карэкцыю хуткасці распаўсюджвання ультрагуку пры вылічэнні адлегласці. Нарэшце, адначыпавы кампутар выкарыстоўвае формулу для разліку адлегласці вымярэння, якая адлюстроўваецца на дысплеі. Паслядоўныя парты RXD і TXD адначыпавага мікракампутара адпаведна злучаны з RXD і TXD схемы дысплея для фарміравання паслядоўнай статычнай схемы дысплея; таймер / лічыльнік T0 падлучаны да выхаду V / F пераўтваральніка для рэалізацыі функцыі збору частоты; P1. 7 Падлучаны да канца кіравання мультывібратара CMOS праз праграмнае забеспячэнне, каб зрабіць высокі або нізкі ўзровень вываду порта P1.7, тым самым кантралюючы перадачу ультрагукавых хваль; P1.6 кіруецца пераключаючым дыёдам IN4l48, а ланцуг генерацыі апорнага напружання кампаратара LM324 падлучаны, усталюйце P1.6 на '1' пры перадачы ультрагукавых хваль, выхадны ўзровень можа здушыць перагортванне кампаратара, які можа эфектыўна здушыць ультрагукавыя хвалі, якія выпраменьвае перадатчык, непасрэдна выпраменьваць да прымача і выклікаць памылковае выяўленне; пасля заканчэння перадачы, P1.6 усталяваны ў '0', у гэты час, шляхам сканавання P1.2 121, падлучанага да выхаду кампаратара, у адпаведнасці з уваходным станам порта P1.2, каб вызначыць, ці прымаецца рэха. Ультрагукавое выпраменьванне і ланцуг кіравання ствараюцца RC-генератарам, які складаецца з CD4011, а датчык тэмпературы прымае AD590.

Вымярэнне часу

Перыяд ультрагукавога сігналу, які выкарыстоўваецца для вымярэння часу, складае 25 мкс, але патрабуецца крыніца ультрагукавога сігналу, эквівалентная даўжыні хвалі каля 9 мм пры 20 °C. Для забеспячэння дакладнасці патрабуецца дэтэктар даўжыні хвалі. Крыніца ультрагукавога сігналу складаецца з генератара сігналу і схемы дэтэктара перасячэння нуля. Генератар адвольных сігналаў складаецца з 16 Кбайт EPROM, які можа захоўваць адвольныя формы сігналаў, 16-бітнага лічыльніка для сканавання EPROM і ЦАП. Дэтэктар перасячэння нуля складаецца з дэтэктара парогавага значэння. Парогавае значэнне дэтэктара з'яўляецца часткай пікавага значэння атрыманага сігналу, каб дэтэктар мог параўнаць атрыманы сігнал у адпаведнасці з эталонным нулявым патэнцыялам. Гэта дазваляе выявіць сігнал у зоне сігналу ў найбольшай ступені, тым самым зводзячы да мінімуму шумавыя перашкоды.

Сігнал узбуджэння, які захоўваецца ў EPROM, павінен быць распрацаваны для прыёму рэха-сігналаў, якія досыць нізкія, каб прадухіліць умяшанне першага парогавага прымача ў розныя цыклы. Гэтыя спецыяльныя сігналы апрацоўваюцца праграмай абмежаванай аптымізацыі, якая ў асноўным накіравана на мінімізацыю энергіі рэха, каб абмежаваць пікавае значэнне рэха да фіксаванага значэння. Найбольш прыдатны кіруючы сігнал X (f), які дазваляе атрымаць самы нізкі рэха Y (f) з фіксаванай амплітудай, можна атрымаць шляхам рашэння наступнага ўраўнення.

Аптымальны вынік у асноўным залежыць ад амплітуды абранага рэха. Чым ніжэй рэха, тым ніжэй амплітуда і менш верагоднасць узнікнення перашкод ад адпаведнай амплітуды шуму. Лепшы сігнал для выкарыстання ў любых умовах залежыць ад фактычнай колькасці шуму. Ультрагукавой датчык таксама мае простую сістэму вымярэння шуму. Сістэма можа ацаніць фактычны шум шляхам маніторынгу ўваходнага сігналу падчас фазы без рэха. Выхад гэтай сістэмы вымярэння шуму можа быць пераўтвораны ва ўмовах нізкага, сярэдняга і высокага ўзроўню шуму.

Акрамя таго, амплітуда ультрагукавога пераўтваральніка кароткага дыяпазону ў асноўным залежыць ад адбівальнай здольнасці і адлегласці да зямлі. Гэтыя эфекты могуць быць зведзены да мінімуму з дапамогай узмацняльніка з аўтаматычным рэгуляваннем узмацнення ў прыёмнай схеме. Такім чынам, амплітуду рэха можна падтрымліваць на фіксаваным значэнні. Тут выкарыстоўваецца фіксаваны парог у першым дэтэктары. Выхад дэтэктара перасячэння нуля можа быць выкарыстаны для кіравання буферам (выхад лічыльніка можа быць зафіксаваны на працягу часу, калі прыходзіць рэха). Калі новае рэха не выяўляецца, выхад буфера не абнаўляецца. Гэта дазваляе пазбегнуць бессэнсоўных вымярэнняў. Буферызаванае значэнне заснавана на часе распаўсюджвання і вядомым фіксаваным значэнні Na (гэта значэнне вызначаецца яго захаваннем у EPROM і парогавым узроўнем першага дэтэктара). Сістэмны тактавы сігнал складае 8 МГц, таму перыяд складае 125 нс. Калі адлегласць перавышае 1 м, максімальны час вымярэння складае каля 8 мс. Мультыгарманічны асцылятар з частатой 50 Гц забяспечвае паказанне лічыльніка кожныя 20 мс.

Датчык тэмпературы і аўтаматычная кампенсацыя памылак

Тэмпература паветра вызначаецца датчыкам тэмпературы і апрацоўваецца схемай. Ён усталяваны ў зонд, хібнасць не перавышае 1 ℃. Аўтаматычная кампенсацыя памылкі можа быць атрымана з простай аналагавай схемы, паказанай на малюнку 2. V прапарцыянальны вымеранай адлегласці.

Ідэі дызайну праграмнага забеспячэння
Паколькі ультрагукавы перадаючы датчык знаходзіцца вельмі блізка да ультрагукавога прыёмнага датчыка, пры перадачы ультрагукавых хваль прыёмны ультрагукавы датчык будзе атрымліваць моцны сігнал перашкод. Каб прадухіліць памылковае выяўленне сістэмы, у праграмным забеспячэнні выкарыстоўваецца тэхналогія атрымання з затрымкай, каб палепшыць здольнасць сістэмы супраць перашкод. Пры націску кнопкі запуску падаецца каманда на перадачу ультрагукавых хваль, і сістэма кіравання пачынае выконваць праграму для завяршэння збору тэмпературы; вымяраецца часовай інтэрвал адпраўкі і прыёму ультрагукавых хваль; нарэшце, вымераная адлегласць разлічваецца праграмай лікавай апрацоўкі і адпраўляецца на дысплей для адлюстравання. Сістэмнае праграмнае забеспячэнне мае модульную канструкцыю, якая складаецца з асноўных модуляў, такіх як галоўная праграма, падпраграма вымярэння адлегласці, падпраграма вымярэння тэмпературы і падпраграма дысплея. Асноўная блок-схема праграмы паказана ў.

Вынікі выпрабаванняў
Гэтая сістэма выкарыстоўваецца для бескантактавага вымярэння адлегласці ультрагукавым датчыкам адлегласці. Калі два аб'екты знаходзіліся на адлегласці 0,1–0,3 м адзін ад аднаго і тэмпература навакольнага асяроддзя змянілася з 0 ℃ да 40 ℃, было праведзена фактычнае выпрабаванне. Паколькі сістэма дадала сістэму карэкцыі тэмпературы і тэхналогію праграмнай кампенсацыі, дакладнасць вымярэнняў сістэмы была значна палепшана. Фактычнае выпрабаванне даказвае, што дакладнасць вымярэнняў сістэмы можа дасягаць ± 0,01 м пасля карэкцыі.