Ultraäänianturin etäisyysjärjestelmän suunnittelu

Ultraäänimittausanturia käytetään pääasiassa kosketuksettoman mittauksen alalla. Tällä hetkellä erityistä etäisyyden mittaamiseen tarkoitettua ultraäänijärjestelmää on vaikea käyttää laajasti joissakin pienissä ja keskisuurissa sovelluksissa korkeiden kustannusten vuoksi. Auton älykkyyden kehittyessä on tarpeen kehittää uusia ultraääniantureita, jotka pystyvät mittaamaan etäisyyttä suuremmalla tarkkuudella, ja kustannukset ovat alhaiset. Korkean tarkkuuden vaatimuksen vuoksi perinteisellä ultraäänianturilla on kuitenkin monimutkainen rakenne, eikä sitä voida säätää automaattisesti eri ympäristöjen mukaan, mikä on korkea hinta ja huono sopeutumiskyky. Tässä artikkelissa esitellään edullisen, erittäin tarkan digitaalisen näytön ultraäänietäisyysmittarin kehittäminen, jonka ytimenä on yksisiruinen at89c2051-mikrotietokone. Koska tämä ultraäänianturi voi testata ympäristön lämpötilaa ja säätää itsensä, kustannustehokkuus on parempi kuin joidenkin olemassa olevien vastaavien tuotteiden. Tätä ultraäänianturia voidaan käyttää lämpötila-alueella 0 ℃ ~ 40 ℃, 0,1 m - 0,3 m, tarkkuudella 1 mm, joten sitä voidaan käyttää joissakin erityistilanteissa, kuten itsepalvelupysäköinti, älykäs jousitus ja ajovalojen säätö jne.

Ultraäänietäisyysmittausanturin laitteistosuunnittelu

Ruostumattomasta teräksestä valmistetun ultraäänianturin toimintaperiaate on esitetty kuvassa 1. Järjestelmä koostuu yksisiruisesta AT89C2051-mikrotietokoneesta, ultraäänilähetyksestä, vastaanottovahvistinpiiristä, ympäristön lämpötilan mittauspiiristä ja näyttöpiiristä. AT89C205l MCU on koko järjestelmän ydinkomponentti, joka koordinoi kunkin komponentin työtä. Yksisiruisen mikrotietokoneen ohjaama värähtelylähde tuottaa 40 kHz:n taajuussignaalin ultraäänianturin ohjaamiseksi. Jokainen lähetys sisältää 10 pulssia. Kun ensimmäinen ultraäänipulssi on lähetetty, laskuri alkaa laskea. Sillä hetkellä, kun ensimmäinen kaikupulssi havaitaan, laskuri lopettaa laskennan, jotta voidaan saada aika △ t lähetyksestä vastaanottoon; lämpötilan mittauspiiri lähettää myös ympäristön lämpötiladatan kokoelman yksisiruiseen mikrotietokoneeseen ultraäänen etenemisnopeuden korjaamiseksi etäisyyttä laskettaessa. Lopuksi yksisiruinen tietokone käyttää kaavaa laskeakseen mittausetäisyyden, joka näkyy näytöllä. Yksisiruisen mikrotietokoneen sarjaportit RXD ja TXD on vastaavasti kytketty näyttöpiirin RXD- ja TXD-liitäntöihin sarjamuotoisen staattisen näyttöpiirin muodostamiseksi; ajastin/laskuri T0 on kytketty V/F-muuntimen lähtöön taajuuden hankintatoiminnon toteuttamiseksi; P1. 7 Yhdistetty CMOS-multivibraattorin ohjauspäähän ohjelmiston kautta P1.7-portin lähdön saattamiseksi korkealle tai matalalle tasolle, mikä ohjaa ultraääniaaltojen lähetystä; P1.6:ta ohjataan kytkentädiodilla IN4l48 ja vertailijan LM324-liittimen referenssijännitteen generointipiiri on kytketty, aseta P1.6 arvoon '1' ultraääniaaltoja lähetettäessä, lähtötaso voi vaimentaa vertailijan kääntymistä, mikä voi tehokkaasti tukahduttaa lähettimen lähettämät ultraääni-aallot ja lähettimen lähettämät aallot; lähetyksen päätyttyä P1.6 asetetaan arvoon '0', tällä hetkellä skannaamalla vertailijan lähtöön liitetty P1.2 121 P1.2-portin tulotilan mukaan sen määrittämiseksi, vastaanotetaanko kaiku. Ultraäänipäästö- ja ohjauspiirin tuottaa RC-oskillaattori, joka koostuu CD4011:stä, ja lämpötila-anturi ottaa käyttöön AD590:n.

Ajan mittaus

Aikamittauksessa käytetyn ultraäänisignaalin jakso on 25 μs, mutta tarvitaan ultraäänisignaalilähde, joka vastaa noin 9 mm aallonpituutta 20 °C:ssa. Tarkkuuden varmistamiseksi tarvitaan aallonpituusanturi. Ultraäänisignaalilähde koostuu signaaligeneraattorista ja nollapisteen ilmaisinpiiristä. Mielivaltainen signaaligeneraattori koostuu 16 kilotavun EPROMista, joka voi tallentaa mielivaltaisia ​​aaltomuotoja, 16-bittisen laskurin EPROM-skannausta varten ja DAC:sta. Nollapisteen ilmaisin koostuu kynnysarvoilmaisimesta. Ilmaisimen kynnysarvo on osa vastaanotetun signaalin huippuarvoa, jotta ilmaisin voi verrata vastaanotettua signaalia referenssinollapotentiaalin mukaan. Tämä mahdollistaa signaalialueen signaalin havaitsemisen suurimmassa määrin, minimoiden siten kohinan häiriöt.

Optimaalinen tulos riippuu pääasiassa valitun kaiun amplitudista. Mitä pienempi kaiku, sitä pienempi amplitudi ja sitä pienempi on siihen liittyvän kohinan amplitudin aiheuttama häiriön mahdollisuus. Paras käytettävä signaali kaikissa olosuhteissa riippuu todellisesta kohinan määrästä. Ultraäänianturissa on myös yksinkertainen melunmittausjärjestelmä. Järjestelmä voi arvioida todellisen kohinan tarkkailemalla tulosignaalia kaiuttoman vaiheen aikana. Tämän melunmittausjärjestelmän lähtö voidaan muuntaa matalan, keskitason ja korkean melun olosuhteissa.

Lämpötila-anturi ja automaattinen virheen kompensointi

Ilman lämpötila havaitaan lämpötila-anturilla ja piiri käsittelee sen. Se on asennettu anturiin, virhe ei ylitä 1 ℃. Virheen automaattinen kompensointi voidaan johtaa kuvan 2 yksinkertaisesta analogisesta piiristä. V on verrannollinen mitattuun etäisyyteen.

Ohjelmiston suunnitteluideoita
Koska ultraäänilähettävä anturi on hyvin lähellä ultraäänivastaanottoanturia, vastaanottava ultraäänianturi vastaanottaa ultraääniaaltoja lähetettäessä voimakkaan häiriösignaalin. Järjestelmän virheellisen havaitsemisen estämiseksi ohjelmistossa otetaan käyttöön viiveen vastaanottotekniikka parantamaan järjestelmän häiriönestokykyä. Kun käynnistyspainiketta painetaan, ultraääniaaltojen lähettämiskomento lähetetään ja ohjausjärjestelmä alkaa suorittaa ohjelmaa lämpötilan keräämisen loppuun saattamiseksi; ultraääniaaltojen lähettämisen ja vastaanottamisen aikaväli mitataan; lopuksi numeerinen käsittelyohjelma laskee mitatun etäisyyden ja lähettää sen näytölle näyttöä varten. Järjestelmäohjelmisto käyttää modulaarista rakennetta, joka koostuu päämoduuleista, kuten pääohjelmasta, etäisyydenmittausaliohjelmasta, lämpötilan mittausaliohjelmasta ja näytön aliohjelmasta. Pääohjelman lohkokaavio on esitetty kohdassa .