produktionsplan for ultralydsafstandsmåler

Ultralydsafstandsmåleren anvender NE555-kredsløb, to-trins forstærkerkredsløb og niveausammenligningskredsløb for at realisere transmission og modtagelse af ultralydsbølger. Komparatoren er kerneenheden i afstandsmåleren, som realiserer styringen af ​​sendekredsløbet og behandlingen af ​​de modtagne data. Dette system har stærk praktisk værdi og gode markedsudsigter.

一 Den overordnede plan

1.1 Alternativer

Løsning 1: Ultrasonisk afstandsmåler bruger diskrete moduler

Systemet omfatter fem dele: ultralydsafstandsmålingsmodul, LED digitalt displaymodul, drevmodulkontrolmodul og strømforsyning.

Ultralydsafstandsmodulsensor er hovedsageligt sammensat af sendedel og modtagedel. Transmissionen af ​​en lille ultralydstransducer styres af hovedcontrolleren (som vist i figur 1); ultralydstransduceren resonerer ved en frekvens på 40KHz, og modulet har et 40KHz firkantbølgegeneratorkredsløb.

Displaymodulet er en 8-cifret segment digital display LCD; måleresultatvisningen bruger en trecifret feltkode, formatet er X point XX meter, og en tocifret segmentkode bruges til at vise antallet af data.

Strømforsyningen vedtager 9V DC strømindgang. Efter spændingsregulatorrøret bruges 5V og 3,3V strømforsyninger til forskellige dele af systemet.

Figur 1 Strukturen af ​​ultrasonisk afstandssensor

Skema 2: Ultralydsafstandsmåler baseret på PIC16F876A mikrocontroller.

Ultralydsafstandsmåleren er hovedsageligt baseret på single-chip mikrocomputeren PIC16F876A. Dens sender bruger resonansen fra den piezoelektriske krystal til at drive den omgivende luft til at vibrere for at arbejde. Ultralydssenderen udsender ultralydsbølger i en bestemt retning, og starter timing samtidig med, at ultralydsbølgerne er i luften. Forplantning, vil den vende tilbage med det samme, når den støder på en forhindring på vejen, og ultralydsmodtageren stopper med at time, når den modtager den reflekterede bølge. Under normale omstændigheder er udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølger i luften 340m/s. I henhold til tiden t, der er registreret af timeren, kan afstandene mellem startpunktet og forhindringen beregnes, det vil sige s=340&TImes;t/2, som er almindeligt anvendt tidsforskelmetode til afstandsmåling.

I designet af afstandstællekredsløbet anvendes den relevante tællemetode. Hovedprincippet for ultralydstransducersensoren er, at enkeltchip-mikrocomputersystemet først giver pulssignaler til senderkredsløbet under måling, og enkeltchiptælleren er i ventetilstand og tæller ikke; når signalet transmitteres i en periode, sender single-chip mikrocomputeren signalet, får systemet til at lukke ned for sendesignalet, og tælleren begynder at tælle for at opnå synkronisering i begyndelsen; når den sidste impuls af det modtagne signal ankommer, holder tælleren op med at tælle.

Tovejs ultralydsafstandsmålersystemet består hovedsageligt af flere dele (som vist i figur 2): LED-displaymodul, PIC16F876A-chip, ultralydssendermodul, ultralydsmodtagermodul, strømmodul og andre fem moduler.

Figur 2 Overordnet blokdiagram over systemdesign

1.2 Skemavalg

 Da designet af denne ultralydslufttransducer er digital-analogt kredsløbsdesign, og i betragtning af, at MCU-programmering ikke er bekendt for teammedlemmerne, vil fejlfinding støde på større vanskeligheder. Skema 1 kredsløb er bygget til den lærte viden, og principperne er relativt velkendte, så skema 1 med mere komplicerede hardware kredsløb er vedtaget.

二 Design og implementering

Ultrasonisk afstandsmåler er baseret på egenskaberne for ultralydsbølger, der reflekteres tilbage, når de støder på forhindringer. Ultralydssenderen udsender ultralydsbølger i en bestemt retning og starter timing samtidig med transmissionen. Ultralydsbølgerne forplanter sig i luften og vender straks tilbage, når de støder på forhindringer på vejen. Ultralydsmodtageren afbryder øjeblikkeligt og stopper timingen, når de reflekterede bølger modtages. Ved kontinuerligt at detektere ekkoerne, der reflekteres af forhindringer, der stødes på, efter at den genererede bølge er udsendt, måles tidsforskellen T mellem den transmitterede ultralydsbølge og det modtagne ekko, og derefter opnås afstanden L. Den grundlæggende intervalformel er: L=(△t/2)*C

hvor L er afstanden, der skal måles

T——tidsintervallet mellem den transmitterede bølge og den reflekterede bølge

C——Lydhastigheden af ​​ultralyd i luften, som er 340m/s ved stuetemperatur

Efter at lydens hastighed er bestemt, kan L opnås, så længe ultralydsbølgens rundturstid måles.

2.1 Princippet for ultralydsafstand

2.1.1 Startdel

Figur 3 Ultralydsemissionsstrukturdiagram er sammensat af to 555 integrerede kredsløb. IC1 (555) udgør ultralydspulssignalgeneratoren, arbejdscyklusberegningsformlen er som følger, der vil være nogle forskelle i det faktiske kredsløb på grund af fejl såsom komponenter.

Betingelser: 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 msek.

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

IC2 udgør en ultralydsbæresignalgenerator. Styret af pulssignalet fra IC1 udsender den en 1ms puls med en frekvens på 40kHz, en arbejdscyklus på 50% og et stop i 64ms. Beregnet som følger:

Betingelser: 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 = 10μsek.

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

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

IC3 (CD4069) sammensætter det ultralydstransmitterende hoveddrevkredsløb.