план вытворчасці ультрагукавога далямера

Ультрагукавы далямер выкарыстоўвае схему NE555, двухступеністую схему ўзмацняльніка і схему параўнання ўзроўню для рэалізацыі перадачы і прыёму ультрагукавых хваль. Кампаратар - асноўны блок далямера, які ажыццяўляе кіраванне перадаючай схемай і апрацоўку атрыманых дадзеных. Гэтая сістэма мае вялікую практычную каштоўнасць і добрыя рынкавыя перспектывы.

一 Агульны план

1.1 Альтэрнатывы

Рашэнне 1: ультрагукавой далямер выкарыстоўвае дыскрэтныя модулі

Сістэма ўключае пяць частак: модуль ультрагукавога вымярэння адлегласці, модуль святлодыёднага лічбавага дысплея, модуль кіравання прывадным модулем і блок харчавання.

Датчык ультрагукавога модуля дальнасці ў асноўным складаецца з перадаючай часткі і прыёмнай часткі. Перадача невялікага ультрагукавога датчыка кіруецца галоўным кантролерам (як паказана на малюнку 1); ультрагукавой пераўтваральнік рэзаніруе з частатой 40 кГц, а модуль мае схему генерацыі квадратнай хвалі 40 кГц.

Модуль дысплея ўяўляе сабой 8-значны сегментны лічбавы ВК-дысплей; для адлюстравання вынікаў вымярэння выкарыстоўваецца трохзначны код поля, фармат X кропак XX метраў, а для адлюстравання колькасці даных выкарыстоўваецца двухзначны код сегмента.

Блок харчавання прымае ўваходнае сілкаванне 9 В пастаяннага току. Пасля трубкі рэгулятара напружання для розных частак сістэмы выкарыстоўваюцца крыніцы харчавання 5 В і 3,3 В.

Малюнак 1 Структура ультрагукавога датчыка

Схема 2: Ультрагукавой далямер на базе мікракантролера PIC16F876A.

Ультрагукавы далямер у асноўным заснаваны на адначыпавым мікракампутары PIC16F876A. Яго перадатчык выкарыстоўвае рэзананс п'езаэлектрычнага крышталя, каб прымусіць навакольнае паветра вібраваць і працаваць. Ультрагукавы перадатчык выпраменьвае ультрагукавыя хвалі ў пэўным кірунку і пачынае адлік часу ў той жа час, калі ультрагукавыя хвалі знаходзяцца ў паветры. Распаўсюджванне, ён неадкладна вернецца, калі сутыкнецца з перашкодай на шляху, і ультрагукавой прыёмнік спыніць адлік часу, калі атрымае адлюстраваную хвалю. У нармальных умовах хуткасць распаўсюджвання ультрагукавых хваль у паветры складае 340 м/с. У адпаведнасці з часам t, запісаным таймерам, можна вылічыць адлегласць паміж пунктам запуску і перашкодай, гэта значыць s=340&TImes;t/2, што з'яўляецца звычайна выкарыстоўваным метадам розніцы ў часе для вымярэння адлегласці.

У канструкцыі схемы падліку дыяпазону прыняты адпаведны метад падліку. Асноўны прынцып датчыка ультрагукавога пераўтваральніка заключаецца ў тым, што адначыпавая мікракампутарная сістэма спачатку падае імпульсныя сігналы ў схему перадатчыка падчас вымярэння, а адначыпавы лічыльнік знаходзіцца ў стане чакання і не залічваецца; калі сігнал перадаецца на працягу пэўнага перыяду часу, адначыпавы мікракампутар пасылае сігнал, прымушае сістэму адключаць перадачы сігналу, і лічыльнік пачынае адлік для дасягнення сінхранізацыі ў пачатку; калі прыходзіць апошні імпульс атрыманага сігналу, лічыльнік спыняе адлік.

Сістэма двухбаковага ультрагукавога далямера ў асноўным складаецца з некалькіх частак (як паказана на малюнку 2): модуля святлодыёднага дысплея, чыпа PIC16F876A, модуля ультрагукавога перадатчыка, модуля ультрагукавога прыёмніка, модуля харчавання і іншых пяці модуляў.

Малюнак 2 Агульная блок-схема праектавання сістэмы

1.2 Выбар схемы

 Паколькі канструкцыя гэтага ультрагукавога паветранага пераўтваральніка з'яўляецца лічбава-аналагавай схемай, і ўлічваючы, што праграмаванне MCU незнаёма членам каманды, адладка сутыкнецца з большымі цяжкасцямі. Схемы схемы 1 ствараюцца з улікам атрыманых ведаў, і прынцыпы адносна знаёмыя, таму прымаецца схема 1 з больш складанымі апаратнымі схемамі.

二 Дызайн і рэалізацыя

Ультрагукавой далямер заснаваны на характарыстыках ультрагукавых хваль, якія адбіваюцца пры сутыкненні з перашкодамі. Ультрагукавой перадатчык выпраменьвае ультрагукавыя хвалі ў пэўным кірунку і пачынае адлік часу адначасова з перадачай. Ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца ў паветры і неадкладна вяртаюцца, калі сустракаюцца перашкоды на шляху. Ультрагукавой прыёмнік неадкладна перарывае і спыняе адлік часу, калі прымаюцца адлюстраваныя хвалі. Пастаянна выяўляючы рэха-сігналы, адлюстраваныя перашкодамі, якія ўзнікаюць пасля выпраменьвання генераванай хвалі, вымяраецца розніца ў часе Т паміж пераданай ультрагукавой хваляй і атрыманым рэха-сігналам, а затым атрымліваецца адлегласць L. Асноўная формула дыяпазону: L=(△t/2)*C

дзе L - адлегласць, якое трэба вымераць

Т——прамежак часу паміж прапушчанай хваляй і адбітай хваляй

C——хуткасць ультрагуку ў паветры, якая складае 340 м/с пры пакаёвай тэмпературы

Пасля вызначэння хуткасці гуку L можа быць атрымана, пакуль вымяраецца час абыходу ультрагукавой хвалі.

2.1 Прынцып ультрагукавога вызначэння адлегласці

2.1.1 Стартавая частка

Малюнак 3 Структурная дыяграма ультрагукавога выпраменьвання складаецца з дзвюх інтэгральных схем 555. IC1 (555) уяўляе сабой генератар ультрагукавога імпульснага сігналу, формула разліку працоўнага цыклу выглядае наступным чынам, у фактычнай схеме будуць некаторыя адрозненні з-за памылак, такіх як кампаненты.

Умовы: RA =9.1MΩ, RB=150KΩ, C=0.01μF

TL = 0,69 x RB x C = 0,69 x 150 x 103 x 0,01 x 10-6 = 1 мс

TH = 0,69 x (RA + RB) x C = 0,69 x 9250 x 103 x 0,01 x 10-6 = 64 мс

IC2 з'яўляецца генератарам ультрагукавога нясучага сігналу. Кіруючыся выхадам імпульснага сігналу IC1, ён выдае імпульс працягласцю 1 мс з частатой 40 кГц, працоўным цыклам 50 % і прыпынкам на 64 мс. Разлічваецца наступным чынам:

Умовы: RA =1.5KΩ, RB=15KΩ, C=1000pF

TL = 0,69 x RB x C = 0,69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10 мкс

TH = 0,69 x (RA + RB) x C = 0,69 x 16,5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11 мкс

F = 1/(TL + TH) = 1/((10,35 + 11,39) x 10-6) = 46,0 кГц

IC3 (CD4069) складае схему прывада ультрагукавой перадаючай галоўкі.