نحوه طراحی سیستم محدوده سنسور اولتراسونیک

مبدل محدوده اولتراسونیک عمدتا در زمینه اندازه گیری بدون تماس استفاده می شود. در حال حاضر، استفاده از سیستم اولتراسونیک ویژه برای اندازه‌گیری فاصله در برخی کاربردهای کوچک و متوسط ​​به دلیل هزینه بالا، دشوار است. با توسعه هوش خودرو، نیاز به توسعه سنسورهای اولتراسونیک جدید است که می توانند فاصله را با دقت بالاتر اندازه گیری کنند و هزینه آن نیز کم است. با این حال، به دلیل نیاز به دقت بالا، سنسور اولتراسونیک معمولی ساختار پیچیده ای دارد و نمی توان آن را به طور خودکار با توجه به محیط های مختلف تنظیم کرد، که دارای هزینه بالا و سازگاری ضعیف است. این مقاله توسعه یک مبدل فاصله یاب اولتراسونیک با نمایشگر دیجیتالی کم هزینه و با دقت بالا را با میکرو کامپیوتر تک تراشه at89c2051 به عنوان هسته معرفی می کند. از آنجایی که این سنسور اولتراسونیک می تواند دمای محیط را آزمایش کند و خود را تنظیم کند، عملکرد هزینه بهتر از برخی محصولات مشابه موجود است. این سنسور اولتراسونیک را می توان در محدوده دمایی 0 ℃ ~ 40 ℃، از 0.1 متر تا 0.3 متر، با دقت 1 میلی متر استفاده کرد، بنابراین می توان از آن در موارد خاص مانند پارک سلف سرویس، تعلیق هوشمند و تنظیم چراغ های جلو و غیره استفاده کرد.

طراحی سخت افزار مبدل اندازه گیری فاصله اولتراسونیک

اصل کار مبدل اولتراسونیک فولاد ضد زنگ در شکل 1 نشان داده شده است. این سیستم از میکروکامپیوتر تک تراشه AT89C2051، انتقال اولتراسونیک، مدار تقویت کننده گیرنده، مدار جذب دمای محیط و مدار نمایش تشکیل شده است. AT89C205l MCU جزء اصلی کل سیستم است که کار هر جزء را هماهنگ می کند. منبع نوسانی که توسط میکرو کامپیوتر تک تراشه کنترل می شود، سیگنال فرکانس 40 کیلوهرتز را برای به حرکت درآوردن حسگر اولتراسونیک تولید می کند. هر انتقال شامل 10 پالس است. پس از ارسال اولین پالس اولتراسونیک، شمارنده شروع به شمارش می کند. در لحظه ای که اولین پالس اکو تشخیص داده می شود، شمارشگر متوقف می شود، به طوری که زمان △ t از ارسال تا دریافت را می توان بدست آورد. مدار اکتساب دما همچنین جمع آوری داده های دمای محیط را به میکروکامپیوتر تک تراشه ای ارسال می کند تا هنگام محاسبه فاصله، سرعت انتشار اولتراسونیک را اصلاح کند. در نهایت، کامپیوتر تک تراشه ای از فرمول برای محاسبه فاصله اندازه گیری استفاده می کند که روی نمایشگر نمایش داده می شود. پورت های سریال RXD و TXD میکروکامپیوتر تک تراشه به ترتیب به RXD و TXD مدار نمایشگر متصل می شوند تا یک مدار نمایشگر ثابت سریال تشکیل دهند. تایمر / شمارنده T0 به خروجی مبدل V / F متصل می شود تا عملکرد اکتساب فرکانس را درک کند. P1. 7 از طریق نرم افزار به انتهای کنترل مولتی ویبراتور CMOS متصل می شود تا خروجی پورت P1.7 را در سطح بالا یا پایین قرار دهد، در نتیجه انتقال امواج اولتراسونیک را کنترل می کند. P1.6 توسط یک دیود سوئیچینگ IN4l48 کنترل می شود و مدار تولید ولتاژ مرجع ترمینال مقایسه کننده LM324 متصل است، هنگام ارسال امواج مافوق صوت، P1.6 را روی '1' تنظیم کنید، سطح خروجی می تواند چرخش مقایسه کننده را سرکوب کند، که می تواند به طور موثر امواج مافوق صوت را به طور مستقیم دریافت کند تا امواج مافوق صوت را دریافت کند. تشخیص اشتباه؛ پس از پایان انتقال، P1.6 روی '0' تنظیم می شود، در این زمان، با اسکن P1.2 121 متصل به خروجی مقایسه کننده، با توجه به وضعیت ورودی پورت P1.2 برای تعیین اینکه آیا اکو دریافت شده است یا خیر. مدار انتشار اولتراسونیک و محرک توسط نوسانگر RC متشکل از CD4011 تولید می شود و سنسور دما AD590 را اتخاذ می کند.

اندازه گیری زمان

دوره سیگنال اولتراسونیک مورد استفاده در اندازه گیری زمان 25 میکرو ثانیه است، اما یک منبع سیگنال اولتراسونیک معادل طول موج حدود 9 میلی متر در 20 درجه سانتی گراد مورد نیاز است. برای اطمینان از دقت، یک آشکارساز طول موج مورد نیاز است. منبع سیگنال اولتراسونیک از یک مولد سیگنال و یک مدار آشکارساز عبور صفر تشکیل شده است. مولد سیگنال دلخواه شامل یک EPROM 16 کیلوبایتی است که می تواند شکل موج های دلخواه، یک شمارنده 16 بیتی برای اسکن EPROM و یک DAC را ذخیره کند. آشکارساز عبور از صفر از یک آشکارساز مقدار آستانه تشکیل شده است. مقدار آستانه آشکارساز بخشی از مقدار پیک سیگنال دریافتی است، به طوری که آشکارساز می تواند سیگنال دریافتی را با توجه به پتانسیل صفر مرجع مقایسه کند. این اجازه می دهد تا سیگنال در ناحیه سیگنال تا حد زیادی شناسایی شود و در نتیجه تداخل نویز به حداقل برسد.

نتیجه مطلوب عمدتاً به دامنه اکو انتخاب شده بستگی دارد. هر چه اکو کمتر باشد، دامنه کمتر و احتمال تداخل با دامنه نویز مرتبط کمتر می شود. بهترین سیگنال برای استفاده در هر شرایطی به میزان واقعی نویز بستگی دارد. سنسور اولتراسونیک همچنین دارای یک سیستم اندازه گیری نویز ساده است. این سیستم می تواند نویز واقعی را با نظارت بر سیگنال ورودی در فاز بدون اکو تخمین بزند. خروجی این سیستم اندازه گیری نویز در شرایط نویز کم، متوسط ​​و زیاد قابل تبدیل است.

سنسور دما و جبران خطای خودکار

دمای هوا توسط یک سنسور دما شناسایی شده و توسط مدار پردازش می شود. در پروب نصب شده است، خطا از 1 ℃ تجاوز نمی کند. جبران خودکار خطا را می توان از مدار آنالوگ ساده نشان داده شده در شکل 2 بدست آورد. V متناسب با فاصله اندازه گیری شده است.

ایده های طراحی نرم افزار
از آنجایی که سنسور فرستنده اولتراسونیک بسیار نزدیک به سنسور دریافت کننده اولتراسونیک است، هنگام انتقال امواج اولتراسونیک، سنسور اولتراسونیک دریافت کننده سیگنال تداخل قوی دریافت خواهد کرد. به منظور جلوگیری از تشخیص نادرست سیستم، فناوری دریافت تاخیر در نرم افزار برای بهبود توانایی ضد تداخل سیستم اتخاذ شده است. با فشار دادن دکمه شروع، فرمان انتقال امواج اولتراسونیک ارسال می شود و سیستم کنترل شروع به اجرای برنامه برای تکمیل جمع آوری دما می کند. فاصله زمانی ارسال و دریافت امواج اولتراسونیک اندازه گیری می شود. در نهایت فاصله اندازه گیری شده توسط برنامه پردازش عددی محاسبه شده و برای نمایش به نمایشگر ارسال می شود. نرم افزار سیستم طراحی مدولار را اتخاذ می کند که از ماژول های اصلی مانند برنامه اصلی، زیربرنامه اندازه گیری فاصله، زیربرنامه اندازه گیری دما و زیربرنامه نمایش تشکیل شده است. نمودار بلوک اصلی برنامه در نشان داده شده است.