ultraäänietäisyysmittarin tuotantosuunnitelma

Ultraäänietäisyysmittari käyttää NE555-piiriä, kaksivaiheista vahvistinpiiriä ja tasojen vertailupiiriä ultraääniaaltojen lähetyksen ja vastaanoton toteuttamiseksi. Komparaattori on etäisyysmittarin ydinyksikkö, joka toteuttaa lähetyspiirin ohjauksen ja vastaanotetun tiedon käsittelyn. Tällä järjestelmällä on vahva käytännön arvo ja hyvät markkinanäkymät.

一 Kokonaissuunnitelma

1.1 Vaihtoehdot

Ratkaisu 1: Ultraäänietäisyysmittari käyttää erillisiä moduuleja

Järjestelmä sisältää viisi osaa: ultraäänietäisyyden mittausmoduulin, LED-digitaalisen näyttömoduulin, taajuusmuuttajan ohjausmoduulin ja virtalähteen.

Ultraäänietäisyysmoduulin anturi koostuu pääasiassa lähetysosasta ja vastaanottavasta osasta. Pienen ultraäänianturin lähetystä ohjaa pääohjain (kuten kuvassa 1); ultraäänianturi resonoi 40 kHz:n taajuudella, ja moduulissa on 40 kHz:n neliöaaltopiiri.

Näyttömoduuli on 8-numeroinen digitaalinen LCD-näyttö; mittaustulosnäyttö käyttää kolminumeroista kenttäkoodia, muoto on X pistettä XX metriä ja kaksinumeroista segmenttikoodia käytetään tietojen määrän näyttämiseen.

Virtalähde ottaa 9V DC-syötön. Jännitteensäädinputken jälkeen käytetään 5V ja 3,3V virtalähteitä järjestelmän eri osiin.

Kuva 1 Ultraäänimittausanturin rakenne

Kaavio 2: Ultraäänietäisyysmittari, joka perustuu PIC16F876A-mikrokontrolleriin.

Ultraäänietäisyysmittari perustuu pääasiassa yksisiruiseen mikrotietokoneeseen PIC16F876A. Sen lähetin käyttää pietsosähköisen kiteen resonanssia ohjaamaan ympäröivää ilmaa värähtelemään toimimaan. Ultraäänilähetin lähettää ultraääniaaltoja tiettyyn suuntaan ja aloittaa ajoituksen samaan aikaan kun ultraääniaallot ovat ilmassa. Levitys, se palaa välittömästi, kun se kohtaa esteen matkalla, ja ultraäänivastaanotin lopettaa ajoituksen, kun se vastaanottaa heijastuneen aallon. Normaalioloissa ultraääniaaltojen etenemisnopeus ilmassa on 340 m/s. Ajastimen tallentaman ajan t mukaan voidaan laskea laukaisupisteen ja esteen väliset etäisyydet, eli s=340&TImes;t/2, joka on yleisesti käytetty aikaeromenetelmä etäisyysmittauksessa.

Etäisyyslaskentapiirin suunnittelussa käytetään asianmukaista laskentamenetelmää. Ultraäänianturianturin pääperiaate on, että yksisiruinen mikrotietokonejärjestelmä antaa ensin pulssisignaalit lähetinpiirille mittauksen aikana, ja yksisiruinen laskuri on odotustilassa eikä laske; kun signaali lähetetään tietyn ajanjakson ajan, yksisiruinen mikrotietokone lähettää signaalin saa järjestelmän sulkemaan lähettävän signaalin ja laskuri alkaa laskea synkronoinnin saavuttamiseksi alussa; kun vastaanotetun signaalin viimeinen pulssi saapuu, laskuri lopettaa laskemisen.

Kaksisuuntainen ultraäänietäisyysmittarijärjestelmä koostuu pääasiassa useista osista (kuten kuvassa 2): LED-näyttömoduuli, PIC16F876A-siru, ultraäänilähetinmoduuli, ultraäänivastaanotinmoduuli, tehomoduuli ja muut viisi moduulia.

Kuva 2 Järjestelmäsuunnittelun kokonaislohkokaavio

1.2 Kaavion valinta

 Koska tämä ultraääni-ilmaanturin rakenne on digitaali-analoginen piirisuunnittelu ja koska MCU-ohjelmointi ei ole tiimin jäsenille tuttua, virheenkorjaus kohtaa suurempia vaikeuksia. Kaavion 1 piirit on rakennettu opittua tietoa varten, ja periaatteet ovat suhteellisen tuttuja, joten kaavio 1 monimutkaisemmilla laitteistopiireillä otetaan käyttöön.

二 Suunnittelu ja toteutus

Ultraäänietäisyysmittari perustuu esteitä vastaan ​​heijastuvien ultraääniaaltojen ominaisuuksiin. Ultraäänilähetin lähettää ultraääniaaltoja tiettyyn suuntaan ja aloittaa ajoituksen samaan aikaan lähetyksen kanssa. Ultraääniaallot leviävät ilmassa ja palaavat välittömästi, kun kohtaavat esteitä matkalla. Ultraäänivastaanotin keskeyttää ja lopettaa ajoituksen välittömästi, kun heijastuneet aallot vastaanotetaan. Ilmaisemalla jatkuvasti generoidun aallon lähettämisen jälkeen kohtaamien esteiden heijastamia kaikuja mitataan lähetetyn ultraääniaallon ja vastaanotetun kaiun välinen aikaero T ja sitten saadaan etäisyys L. Perusaluekaava on: L=(△t/2)*C

jossa L on mitattava etäisyys

T——aikaväli lähetetyn aallon ja heijastuneen aallon välillä

C——Ultraäänen äänen nopeus ilmassa, joka on 340 m/s huoneenlämpötilassa

Kun äänen nopeus on määritetty, L voidaan saada niin kauan kuin ultraääniaallon kiertoaika mitataan.

2.1 Ultraäänietäisyyden periaate

2.1.1 Käynnistysosa

Kuva 3 Ultraäänisäteilyn rakennekaavio koostuu kahdesta 555 integroidusta piiristä. IC1 (555) muodostaa ultraäänipulssisignaaligeneraattorin, työjakson laskentakaava on seuraava, todellisessa piirissä on joitain eroja virheiden, kuten komponenttien, vuoksi.

Olosuhteet: RA = 9,1 MΩ, RB = 150 KΩ, C = 0,01 μF

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 on ultraäänikantoaaltosignaaligeneraattori. IC1:n pulssisignaalin ohjaamana se tuottaa 1 ms:n pulssin taajuudella 40 kHz, käyttöjaksolla 50 % ja pysäytyksen 64 ms:ksi. Lasketaan seuraavasti:

Olosuhteet: RA = 1,5 KΩ, RB = 15 KΩ, C = 1000 pF

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) muodostaa ultraäänilähetyspään ohjauspiirin.