Forbhreathnú mionsonraithe ar phrionsabal an braiteoir raon ultrasonaic agus dearadh ciorcad an trasducer raon ultrasonaic

Mar gheall ar dhírigheacht láidir tonnta ultrasonaic, tomhaltas fuinnimh mall, agus achair fhada sa mheán, is minic a úsáidtear tonnta ultrasonaic chun achar a thomhas. Mar shampla, is féidir le tonnta ultrasonaic aimseoirí raon ultrasonaic agus ionstraimí tomhais leibhéil a bhaint amach. Is minic go mbíonn tástáil ultrasonaic tapa, áisiúil, simplí le ríomh, éasca le rialú fíor-ama a bhaint amach, agus féadann sé freastal ar riachtanais phraiticiúla tionsclaíochta maidir le cruinneas tomhais, agus mar sin úsáideadh go forleathan é freisin i bhforbairt robots soghluaiste. D'fhonn robot soghluaiste constaicí agus siúl a sheachaint go huathoibríoch, caithfidh sé a bheith feistithe le córas tomhais achair ionas gur féidir leis an t-achar faisnéise (achar agus treo) a fháil ón gconstaic in am. Is é an córas tomhais achar ultrasonaic trí-threo (tosaigh, clé agus ar dheis) a tugadh isteach san Airteagal seo chun faisnéis achar gluaiseachta a sholáthar don robot chun a thimpeallacht tosaigh, clé agus ar dheis a thuiscint.

Dara, prionsabal na trasducer achar ultrasonaic

1. Gineadóir ultrasonaic

D'fhonn staidéar a dhéanamh agus ultrafhuaime a úsáid, tá go leor gineadóirí ultrafhuaime deartha agus déanta. Go ginearálta, is féidir gineadóirí ultrasonaic a roinnt ina dhá chatagóir: is é ceann amháin tonnta ultrasonaic a ghiniúint go leictreach, agus is é an ceann eile tonnta ultrasonaic a ghiniúint go meicniúil. I measc na modhanna leictreacha tá piezoelectric, magnetostrictive, agus leictreacha, etc.; áirítear ar na modhanna meicniúla feadóg mhór, feadóg leachtach agus feadóg aeir. Tá minicíocht, cumhacht agus tréithe sonic na dtonnta ultrasonaic a tháirgeann siad difriúil, agus mar sin tá a n-úsáidí difriúil freisin. Faoi láthair, úsáidtear an gineadóir ultrasonaic piezoelectric níos coitianta.

2. Prionsabal gineadóir ultrasonaic piezoelectric

Úsáideann an gineadóir piezoelectric ultrasonaic go hiarbhír athshondas criostail piezoelectric chun oibriú. Taispeántar struchtúr inmheánach an ghineadóra ultrasonaic. Tá dhá sliseog piezoelectric agus pláta athshondais ann. Nuair a chuirtear comhartha cuisle i bhfeidhm ar a dhá chuaille, a bhfuil a mhinicíocht comhionann le minicíocht ascalaithe nádúrtha an wafer piezoelectric, déanfaidh an wafer piezoelectric athshondas agus tiomáint an pláta athshondais chun creathadh chun tonnta ultrasonaic a ghiniúint. Ar a mhalairt, mura gcuirtear aon voltas i bhfeidhm idir an dá leictreoid, nuair a fhaigheann an pláta athshondais tonnta ultrasonaic, cuirfidh sé brú ar an sliseanna piezoelectric chun an fuinneamh meicniúil a chreathadh agus a thiontú go comharthaí leictreacha, agus ansin beidh sé ina ghlacadóir ultrasonaic.

3. Tá prionsabal na trasducer ultrasonaic chun achar a thomhas

Astaíonn an tarchuradóir ultrasonaic tonnta ultrasonaic i dtreo áirithe agus tosaíonn sé uainiú ag an am céanna leis an am seolta. Iomadaíonn na tonnta ultrasonaic san aer agus filleann siad láithreach nuair a bhíonn constaicí ar an mbealach. Stopann an glacadóir ultrasonaic an t-am díreach tar éis dó na tonnta frithchaite a fháil. Is é 340m/s luas iomadaithe na toinne ultrasonaic san aer. De réir an ama t taifeadta ag an lasc ama, is féidir an fad idir an pointe seolta agus an bac(í) a ríomh, mar atá: s=340t/2

Fíor 1 Struchtúr braiteoir ultrasonaic

Is é seo an modh raon difríochta ama mar a thugtar air.

Sa tríú háit, dearadh ciorcad an trasducer raon ultrasonaic

Is é tréith an chórais seo ná úsáid a bhaint as microcomputer aon-sliseanna chun tarchur na dtonnta ultrasonaic agus uainiú am turais bhabhta na dtonnta ultrasonaic ó tharchur go fáiltithe a rialú. Tá an rogha aon-sliseanna eacnamaíoch agus éasca le húsáid, agus tá 4K ROM ar-sliseanna ann le haghaidh ríomhchlárú éasca. Taispeántar léaráid scéimreach an chiorcaid. Ní dhéantar ach an léaráid sreangú den chiorcad raon tosaigh a tharraingt, agus tá na ciorcaid raoin chlé agus ar dheis mar an gcéanna leis an gciorcad raon tosaigh.

1. Giniúint cuisle 40kHz agus astú ultrasonaic

Glacann an braiteoir ultrasonaic sa chóras tomhais achair an braiteoir ceirmeach piezoelectric UCM40, agus is é a voltas oibre comhartha cuisle de 40kHz, a ghintear ag an ríomhaire sliseanna aonair a fhorghníomhaíonn an clár seo a leanas.

Tá críochfort ionchuir an chiorcaid raon tosaigh ceangailte le calafort P1.0 an mhicriríomhaire aon-sliseanna. Tar éis don microcomputer aon-sliseanna an clár thuas a fhorghníomhú, aschuireann sé comhartha cuisle 40kHz ag an gcalafort P1.0, atá amplithe ag an trasraitheoir T, tiomáineann sé an tarchuradóir ultrasonaic UCM40T, agus cuireann sé amach tonnta ultrasonaic bíogacha 40kHz. Agus leanúint ar aghaidh ag tarchur 200ms. Tá foircinn ionchuir na gciorcad raon ar dheis agus ar chlé ceangailte leis na calafoirt P1.1 agus P1.2 faoi seach, agus tá an prionsabal oibre mar an gcéanna leis an gciorcad raon tosaigh.

2. Fáiltiú agus próiseáil ultrasonaic

Glacann an ceann glactha an UCM40R péireáilte leis an ceann tarchurtha, Tiontaíonn braiteoir trasducer ultrasonaic an chuisle modhnaithe ultrasonaic ina chomhartha voltais ailtéarnach, a aimplítear ag na aimplitheoirí oibriúcháin IC1A agus IC1B agus ansin cuirtear le IC2 é. Is bloc comhtháite díchódaithe fuaime é IC2 LM567 le lúb faoi ghlas. Is é f0=1/1.1R8C3 minicíocht lár an oscillator inmheánach rialaithe voltais, agus socraíonn an toilleoir C4 a bandaleithead glasála. Coigeartú R8 ar an minicíocht iompróra tarchurtha, tá an comhartha ionchur LM567 níos mó ná 25mV, agus an bioráin aschuir 8 athrú ó leibhéal ard go leibhéal íseal, a úsáidtear mar chomhartha iarratais idirbhriseadh agus a sheoladh chuig an microcontroller le haghaidh próiseála.

Tá críochfort aschuir an chiorcaid raon tosaigh ceangailte le calafort MCU INT0, is é an tosaíocht idirbhriste an ceann is airde, tá aschur an chuaird idir chlé agus ar dheis ceangailte le calafort MCU INT1 trí aschur AGUS geata IC3A, cé go bhfuil an MCU P1.3 agus P1.4 ceangailte le hionchur IC3A Ag an deireadh, sainaithnítear an fhoinse idirbhriseadh ar dheis agus láimhseáiltear an tosaíocht idirbhriseadh ar dheis.