Sådan designes ultralydssensorens afstandssystem

Ultrasonisk afstandstransducer bruges hovedsageligt inden for berøringsfri måling. På nuværende tidspunkt er det specielle ultralydssystem til afstandsmåling vanskeligt at blive bredt brugt i nogle små og mellemstore applikationer på grund af de høje omkostninger. Med udviklingen af ​​bilintelligens er det nødvendigt at udvikle nye ultralydssensorer, der kan måle afstand med højere nøjagtighed, og omkostningerne er lave. Men på grund af kravet om høj præcision har den konventionelle ultralydssensor en kompliceret struktur og kan ikke automatisk justeres i henhold til forskellige miljøer, hvilket har høje omkostninger og dårlig tilpasningsevne. Denne artikel introducerer udviklingen af ​​en lavpris, højpræcision digital display ultralyd afstandsmåler transducer med at89c2051 single-chip mikrocomputer som kernen. Fordi denne ultralydssensor kan teste den omgivende temperatur og justere sig selv, er omkostningsydelsen bedre end nogle eksisterende lignende produkter. Denne ultralydssensor kan bruges i temperaturområdet 0 ℃ ~ 40 ℃, fra 0,1 m til 0,3 m, med en nøjagtighed på 1 mm, så den kan bruges i nogle specielle lejligheder, såsom selvbetjeningsparkering, smart affjedring og justering af forlygter osv.

Hardwaredesign af ultralydsafstandsmålende transducer

Arbejdsprincippet for ultralydstransducer i rustfrit stål er vist i figur 1. Systemet består af AT89C2051 single-chip mikrocomputer, ultralydstransmission, modtagende forstærkerkredsløb, kredsløb til optagelse af omgivende temperatur og displaykredsløb. AT89C205l MCU er kernekomponenten i hele systemet, der koordinerer arbejdet for hver komponent. Oscillationskilden styret af single-chip mikrocomputeren genererer et frekvenssignal på 40 kHz til at drive ultralydssensoren. Hver transmission indeholder 10 impulser. Efter at den første ultralydsimpuls er transmitteret, begynder tælleren at tælle. I det øjeblik, hvor den første ekkoimpuls detekteres, stopper tælleren optællingen, således at tiden △ t fra transmission til modtagelse kan opnås; temperaturregistreringskredsløbet sender også indsamlingen af ​​omgivelsestemperaturdata til single-chip mikrocomputeren for at give korrektionen af ​​ultralydsudbredelseshastigheden, når afstanden beregnes. Til sidst bruger single-chip computeren formlen til at beregne måleafstanden, som vises på displayet. De serielle porte RXD og TXD på enkeltchip-mikrocomputeren er henholdsvis forbundet med RXD og TXD i displaykredsløbet for at danne et seriel statisk displaykredsløb; timeren/tælleren T0 er forbundet til udgangen af ​​V/F-konverteren for at realisere frekvensoptagelsesfunktionen; P1. 7 Forbundet til kontrolenden af ​​CMOS-multivibratoren via software til at gøre P1.7-portens output højt eller lavt, og derved kontrollere transmissionen af ​​ultralydsbølger; P1.6 styres af en koblingsdiode IN4l48 og referencespændingsgenereringskredsløbet på komparatoren LM324 Terminal er tilsluttet, sæt P1.6 til '1' ved transmittering af ultralydsbølger, udgangsniveauet kan undertrykke vendingen af ​​komparatoren, hvilket effektivt kan undertrykke ultralydsbølgerne, der udsendes af modtageren, og bevirke direkte, at senderen udsender detron; efter afslutningen af ​​transmissionen sættes P1.6 til '0', på dette tidspunkt, ved at scanne P1.2 121, der er forbundet til udgangen af ​​komparatoren, i henhold til P1.2-portens inputtilstand for at bestemme, om ekkoet modtages. Ultralydsemissions- og drivkredsløbet er produceret af RC-oscillatoren, der består af CD4011, og temperatursensoren anvender AD590.

Tidsmåling

Perioden for det ultralydssignal, der bruges i tidsmålingen, er 25 μs, men der kræves en ultralydssignalkilde svarende til en bølgelængde på ca. 9 mm ved 20 °C. For at sikre nøjagtigheden kræves en bølgelængdedetektor. Ultralydssignalkilden er sammensat af en signalgenerator og et nulgennemgangsdetektorkredsløb. Den vilkårlige signalgenerator består af en 16Kbyte EPROM, der kan lagre vilkårlige bølgeformer, en 16-bit tæller til scanning af EPROM og en DAC. Nulgennemgangsdetektoren består af en tærskelværdidetektor. Detektorens tærskelværdi er en del af spidsværdien af ​​det modtagne signal, således at detektoren kan sammenligne det modtagne signal i henhold til referencenulpotentialet. Dette gør det muligt at detektere signalet i signalområdet i størst muligt omfang, hvorved støjinterferens minimeres.

Det optimale resultat afhænger hovedsageligt af amplituden af ​​det valgte ekko. Jo lavere ekko, jo lavere amplitude, og jo lavere er muligheden for interferens fra en relateret støjamplitude. Det bedste signal at bruge under alle forhold afhænger af den faktiske mængde støj. Ultralydssensoren har også et simpelt støjmålingssystem. Systemet kan estimere den faktiske støj ved at overvåge inputsignalet under den ekkofri fase. Outputtet fra dette støjmålesystem kan konverteres under lav, medium og høj støj.

Temperaturføler og automatisk fejlkompensation

Lufttemperaturen registreres af en temperatursensor og behandles af kredsløbet. Den er installeret i sonden, fejlen overstiger ikke 1 ℃. Den automatiske kompensation af fejlen kan udledes af det simple analoge kredsløb vist i figur 2. V er proportional med den målte afstand.

Softwaredesignideer
Fordi den ultralydstransmitterende sensor er meget tæt på den ultralydsmodtagende sensor, vil den modtagende ultralydssensor, når den transmitterer ultralydsbølger, modtage et stærkt interferenssignal. For at forhindre, at systemet fejlfindes, er teknologien til forsinkelsesmodtagelse overtaget i softwaren for at forbedre systemets anti-interferensevne. Når der trykkes på startknappen, sendes kommandoen til at transmittere ultralydsbølger, og kontrolsystemet begynder at udføre programmet for at fuldføre temperaturindsamlingen; tidsintervallet for afsendelse og modtagelse af ultralydsbølger måles; til sidst beregnes den målte afstand af det numeriske behandlingsprogram og sendes til displayet til visning. Systemsoftwaren vedtager modulært design, som er sammensat af hovedmoduler som hovedprogram, afstandsmålingsunderprogram, temperaturmålingsunderprogram og displayunderprogram. Hovedprogrammets blokdiagram er vist i .