Podrobný přehled principu ultrazvukového snímače rozsahu a návrh obvodu ultrazvukového snímače rozsahu

Vzhledem k silné směrovosti ultrazvukových vln, pomalé spotřebě energie a velkým vzdálenostem v médiu se ultrazvukové vlny často používají pro měření vzdálenosti. Například ultrazvukové dálkoměry a přístroje na měření hladiny mohou být realizovány pomocí ultrazvukových vln. Ultrazvukové testování je často rychlé, pohodlné, snadno se počítá, snadno se dosahuje řízení v reálném čase a může splňovat průmyslové praktické požadavky z hlediska přesnosti měření, takže se také široce používá při vývoji mobilních robotů. Aby se mobilní robot automaticky vyhýbal překážkám a šel, musí být vybaven systémem měření vzdálenosti, aby mohl včas získat informace o vzdálenosti (vzdálenosti a směru) od překážky. Třísměrný (přední, levý a pravý) ultrazvukový systém měření vzdálenosti představený v tomto článku má poskytnout informace o vzdálenosti pohybu, aby robot porozuměl svému přednímu, levému a pravému prostředí.

Za druhé, princip ultrazvukový snímač vzdálenosti

1. Ultrazvukový generátor

Aby bylo možné studovat a používat ultrazvuk, bylo navrženo a vyrobeno mnoho ultrazvukových generátorů. Obecně lze říci, že ultrazvukové generátory lze rozdělit do dvou kategorií: jedna je generovat ultrazvukové vlny elektricky a druhá je generovat ultrazvukové vlny mechanicky. Elektrické metody zahrnují piezoelektrické, magnetostriktivní a elektrické atd.; mechanické metody zahrnují flétnu, kapalinovou píšťalu a vzduchovou píšťalu. Frekvence, výkon a zvukové charakteristiky ultrazvukových vln, které produkují, jsou různé, takže jejich použití je také odlišné. V současnosti se častěji používá piezoelektrický ultrazvukový generátor.

2. Princip piezoelektrického ultrazvukového generátoru

Piezoelektrický ultrazvukový generátor ve skutečnosti využívá k práci rezonanci piezoelektrického krystalu. Je znázorněna vnitřní struktura ultrazvukového generátoru. Má dvě piezoelektrické destičky a rezonanční destičku. Když se na jeho dva póly přivede pulzní signál, jehož frekvence je rovna frekvenci vlastní oscilace piezoelektrického plátku, bude piezoelektrický plátek rezonovat a pohání rezonanční desku, aby vibrovala za generování ultrazvukových vln. Naopak, pokud mezi dvě elektrody není přivedeno žádné napětí, když rezonanční deska přijímá ultrazvukové vlny, přitlačí piezoelektrický čip, aby vibroval a přeměnil mechanickou energii na elektrické signály, a poté se stane ultrazvukovým přijímačem.

3. Princip ultrazvukový snímač pro měření vzdálenosti

Ultrazvukový vysílač vysílá ultrazvukové vlny v určitém směru a spouští časování současně s časem startu. Ultrazvukové vlny se šíří vzduchem a při střetu s překážkami na cestě se okamžitě vracejí. Ultrazvukový přijímač zastaví časování ihned po přijetí odražených vln. Rychlost šíření ultrazvukové vlny vzduchem je 340 m/s. Podle času t zaznamenaného časovačem lze vypočítat vzdálenost mezi místem startu a překážkou (s), konkrétně: s=340t/2

Obrázek 1 Struktura ultrazvukového senzoru

Jedná se o tzv. metodu časového rozdílu.

Za třetí, návrh obvodu ultrazvukového snímače rozsahu

Charakteristickým rysem tohoto systému je použití jednočipového mikropočítače pro řízení přenosu ultrazvukových vln a načasování doby oběhu ultrazvukových vln od přenosu k příjmu. Výběr jednoho čipu je ekonomický a snadno použitelný a na čipu je 4K ROM pro snadné programování. Je zobrazeno schéma zapojení. Je nakresleno pouze schéma zapojení předního přepínacího obvodu a levý a pravý přepínací obvod jsou stejné jako přední přepínací obvod.

1. Generování pulsů 40 kHz a ultrazvukové emise

Ultrazvukový senzor v systému měření vzdálenosti využívá piezoelektrický keramický senzor UCM40 a jeho pracovní napětí je pulzní signál 40 kHz, který je generován jednočipovým počítačem provádějícím následující program.

Vstupní svorka předního měřícího obvodu je připojena k portu P1.0 jednočipového mikropočítače. Poté, co jednočipový mikropočítač provede výše uvedený program, vyšle na port P1.0 pulsní signál 40 kHz, který je zesílen tranzistorem T, napájí ultrazvukový vysílač UCM40T a vysílá pulzní ultrazvukové vlny 40 kHz. A pokračujte ve vysílání 200 ms. Vstupní konce pravého a levého rozsahového obvodu jsou připojeny k portům P1.1 a P1.2 a princip činnosti je stejný jako u předního rozsahového obvodu.

2. Ultrazvukový příjem a zpracování

Přijímací hlava přijímá UCM40R spárovanou s vysílací hlavou, ultrazvukový snímač snímače převádí ultrazvukově modulovaný puls na střídavý napěťový signál, který je zesílen operačními zesilovači IC1A a IC1B a následně přidán k IC2. IC2 je integrovaný blok pro dekódování zvuku LM567 s uzamčenou smyčkou. Střední frekvence interního napěťově řízeného oscilátoru je f0=1/1.1R8C3 a kondenzátor C4 určuje jeho blokovací šířku pásma. Nastavením R8 na vysílací nosné frekvenci je vstupní signál LM567 větší než 25 mV a výstupní kolík 8 se změní z vysoké úrovně na nízkou úroveň, která se používá jako signál požadavku na přerušení a posílá se do mikrokontroléru ke zpracování.

Výstupní svorka předního rozsahového obvodu je připojena k portu MCU INT0, priorita přerušení je nejvyšší, výstup levého a pravého rozsahovacího obvodu je připojen k portu MCU INT1 přes výstup hradla AND IC3A, zatímco MCU P1.3 a P1.4 jsou připojeny ke vstupu IC3A Na konci je identifikace prvního programu a pak je prioritou dotaz vlevo a vlevo.