výrobní plán ultrazvukového dálkoměru

Ultrazvukový dálkoměr využívá obvod NE555, obvod dvoustupňového zesilovače a obvod pro porovnání úrovně pro realizaci přenosu a příjmu ultrazvukových vln. Komparátor je základní jednotkou dálkoměru, která realizuje řízení vysílacího obvodu a zpracování přijímaných dat. Tento systém má silnou praktickou hodnotu a dobré vyhlídky na trhu.

一 Celkový plán

1.1 Alternativy

Řešení 1: Ultrazvukový dálkoměr používá diskrétní moduly

Systém obsahuje pět částí: modul ultrazvukového měření vzdálenosti, modul digitálního displeje LED, řídicí modul modulu pohonu a napájecí zdroj.

Ultrazvukový snímač rozsahu se skládá hlavně z vysílací části a přijímací části. Přenos malého ultrazvukového měniče je řízen hlavním ovladačem (jak je znázorněno na obrázku 1); ultrazvukový měnič rezonuje na frekvenci 40 kHz a modul má obvod generující obdélníkovou vlnu 40 kHz.

Modul displeje je 8místný segmentový digitální displej LCD; zobrazení výsledku měření používá třímístný kód pole, formát je X bodů XX metrů a pro zobrazení počtu dat se používá dvoumístný kód segmentu.

Napájecí zdroj přijímá 9V DC napájení. Po trubici regulátoru napětí jsou pro různé části systému použity zdroje 5V a 3,3V.

Obrázek 1 Struktura ultrazvukového snímače vzdálenosti

Schéma 2: Ultrazvukový dálkoměr založený na mikrokontroléru PIC16F876A.

Ultrazvukový dálkoměr je založen hlavně na jednočipovém mikropočítači PIC16F876A. Jeho vysílač využívá rezonanci piezoelektrického krystalu k pohánění okolního vzduchu, aby vibroval, aby fungoval. Ultrazvukový vysílač vysílá ultrazvukové vlny v určitém směru a začíná měřit čas ve stejnou dobu, kdy jsou ultrazvukové vlny ve vzduchu. Šíření se okamžitě vrátí, když narazí na překážku na cestě, a ultrazvukový přijímač zastaví časování, když přijme odraženou vlnu. Za normálních okolností je rychlost šíření ultrazvukových vln ve vzduchu 340 m/s. Podle času t zaznamenaného časovačem lze vypočítat vzdálenosti mezi místem startu a překážkou, to znamená s=340&TImes;t/2, což je běžně používaná metoda časového rozdílu pro měření vzdálenosti.

Při návrhu měřicího počítacího obvodu je použita příslušná metoda počítání. Hlavním principem ultrazvukového snímače snímače je jednočipový mikropočítačový systém nejprve během měření poskytuje impulsní signály do obvodu vysílače a jednočipové počítadlo je ve stavu čekání a nepočítá; když je signál vysílán po určitou dobu, jednočipový mikropočítač vyšle signál způsobí, že systém vypne vysílací signál a čítač začne počítat, aby se dosáhlo synchronizace na začátku; když dorazí poslední impuls přijímaného signálu, čítač přestane počítat.

Systém obousměrného ultrazvukového dálkoměru se skládá hlavně z několika částí (jak je znázorněno na obrázku 2): modul LED displeje, čip PIC16F876A, modul ultrazvukového vysílače, modul ultrazvukového přijímače, napájecí modul a dalších pět modulů.

Obrázek 2 Celkové blokové schéma návrhu systému

1.2 Výběr schématu

 Vzhledem k tomu, že konstrukce tohoto ultrazvukového vzduchového převodníku je digitálně-analogový obvod, a vzhledem k tomu, že programování MCU není členům týmu známé, bude ladění narážet na větší potíže. Obvody schématu 1 jsou sestaveny pro naučené znalosti a principy jsou relativně známé, takže je přijato schéma 1 se složitějšími hardwarovými obvody.

二 Návrh a realizace

Ultrazvukový dálkoměr je založen na charakteristikách ultrazvukových vln odražených zpět při střetu s překážkami. Ultrazvukový vysílač vysílá ultrazvukové vlny v určitém směru a spouští časování ve stejnou dobu jako vysílání. Ultrazvukové vlny se šíří vzduchem a při střetu s překážkami na cestě se okamžitě vracejí. Ultrazvukový přijímač okamžitě přeruší a zastaví časování, když jsou přijaty odražené vlny. Nepřetržitou detekcí ozvěny odražené od překážek, se kterými se setkáme po vyslání generované vlny, se měří časový rozdíl T mezi vysílanou ultrazvukovou vlnou a přijatou ozvěnou a poté se získá vzdálenost L. Základní vzorec pro rozsah je: L=(△t/2)*C

kde L je vzdálenost, která má být měřena

T——časový interval mezi vyslanou a odraženou vlnou

C—— Rychlost zvuku ultrazvuku ve vzduchu, která je při pokojové teplotě 340 m/s

Po určení rychlosti zvuku lze L získat, pokud se měří doba oběhu ultrazvukové vlny.

2.1 Princip ultrazvukového měření

2.1.1 Spouštěcí část

Obrázek 3 Schéma struktury ultrazvukové emise se skládá ze dvou 555 integrovaných obvodů. IC1 (555) tvoří generátor ultrazvukového pulzního signálu, vzorec pro výpočet pracovního cyklu je následující, ve skutečném obvodu budou určité rozdíly kvůli chybám, jako jsou komponenty.

Podmínky: 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 ms

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

IC2 tvoří generátor ultrazvukového nosného signálu. Řízený výstupem pulzního signálu z IC1, vydává pulz 1 ms s frekvencí 40 kHz, pracovním cyklem 50 % a zastavením na 64 ms. Vypočítá se následovně:

Podmínky: 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 μs

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

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

IC3 (CD4069) tvoří obvod pohonu ultrazvukové vysílací hlavy.