अल्ट्रासोनिक सेंसर रेंजिंग सिस्टम कैसे डिजाइन करें

दृश्य: 1 लेखक: साइट संपादक प्रकाशन समय: 2020-05-29 उत्पत्ति: साइट

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अल्ट्रासोनिक रेंजिंग ट्रांसड्यूसर का उपयोग मुख्य रूप से गैर-संपर्क माप के क्षेत्र में किया जाता है। वर्तमान में, उच्च लागत के कारण दूरी माप के लिए विशेष अल्ट्रासोनिक प्रणाली का कुछ छोटे और मध्यम आकार के अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग करना मुश्किल है। ऑटोमोबाइल इंटेलिजेंस के विकास के साथ, नए अल्ट्रासोनिक सेंसर विकसित करना आवश्यक है जो उच्च सटीकता के साथ दूरी माप सकें और लागत कम हो। हालाँकि, उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता के कारण, पारंपरिक अल्ट्रासोनिक सेंसर की एक जटिल संरचना होती है और इसे विभिन्न वातावरणों के अनुसार स्वचालित रूप से समायोजित नहीं किया जा सकता है, जिसमें उच्च लागत और खराब अनुकूलन क्षमता होती है। यह आलेख कोर के रूप में at89c2051 सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर के साथ कम लागत, उच्च परिशुद्धता वाले डिजिटल डिस्प्ले अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर ट्रांसड्यूसर के विकास का परिचय देता है। क्योंकि यह अल्ट्रासोनिक सेंसर परिवेश के तापमान का परीक्षण कर सकता है और खुद को समायोजित कर सकता है, लागत प्रदर्शन कुछ मौजूदा समान उत्पादों की तुलना में बेहतर है। इस अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग 0 ℃ ~ 40 ℃ के तापमान रेंज में किया जा सकता है, 0.1 मीटर से 0.3 मीटर तक, 1 मिमी की सटीकता के साथ, इसलिए इसका उपयोग कुछ विशेष अवसरों में किया जा सकता है, जैसे स्वयं-सेवा पार्किंग, स्मार्ट सस्पेंशन और हेडलाइट्स समायोजन, आदि।

अल्ट्रासोनिक दूरी मापने वाले ट्रांसड्यूसर का हार्डवेयर डिज़ाइन

स्टेनलेस स्टील अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का कार्य सिद्धांत चित्र 1 में दिखाया गया है। सिस्टम में AT89C2051 सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर, अल्ट्रासोनिक ट्रांसमिशन, रिसीविंग एम्पलीफायर सर्किट, परिवेश तापमान अधिग्रहण सर्किट और डिस्प्ले सर्किट शामिल हैं। AT89C205l MCU पूरे सिस्टम का मुख्य घटक है, जो प्रत्येक घटक के काम का समन्वय करता है। सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित दोलन स्रोत अल्ट्रासोनिक सेंसर को चलाने के लिए 40 kHz का आवृत्ति संकेत उत्पन्न करता है। प्रत्येक ट्रांसमिशन में 10 पल्स होते हैं। पहली अल्ट्रासोनिक पल्स प्रसारित होने के बाद, काउंटर गिनती शुरू करता है। जिस समय पहली इको पल्स का पता चलता है, काउंटर गिनती बंद कर देता है, ताकि ट्रांसमिशन से रिसेप्शन तक का समय प्राप्त किया जा सके; तापमान अधिग्रहण सर्किट दूरी की गणना करते समय अल्ट्रासोनिक प्रसार गति में सुधार प्रदान करने के लिए परिवेश तापमान डेटा संग्रह को सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर पर भी भेजता है। अंत में, सिंगल-चिप कंप्यूटर मापने की दूरी की गणना करने के लिए सूत्र का उपयोग करता है, जो डिस्प्ले पर प्रदर्शित होता है। सिंगल चिप माइक्रो कंप्यूटर के सीरियल पोर्ट RXD और TXD क्रमशः सीरियल स्टैटिक डिस्प्ले सर्किट बनाने के लिए डिस्प्ले सर्किट के RXD और TXD से जुड़े होते हैं; आवृत्ति अधिग्रहण फ़ंक्शन का एहसास करने के लिए टाइमर / काउंटर T0 V / F कनवर्टर के आउटपुट से जुड़ा है; पी1. 7 P1.7 पोर्ट आउटपुट को उच्च या निम्न स्तर पर बनाने के लिए सॉफ़्टवेयर के माध्यम से CMOS मल्टीवाइब्रेटर के नियंत्रण सिरे से जुड़ा, जिससे अल्ट्रासोनिक तरंगों के संचरण को नियंत्रित किया जा सके; P1.6 को एक स्विचिंग डायोड IN4l48 द्वारा नियंत्रित किया जाता है और तुलनित्र LM324 टर्मिनल का संदर्भ वोल्टेज उत्पादन सर्किट जुड़ा हुआ है, अल्ट्रासोनिक तरंगों को संचारित करते समय P1.6 को '1' पर सेट करें, आउटपुट स्तर तुलनित्र के फ़्लिपिंग को दबा सकता है, जो ट्रांसमीटर द्वारा उत्सर्जित अल्ट्रासोनिक तरंगों को सीधे रिसीवर तक प्रसारित करने और गलत पहचान का कारण बनने के लिए प्रभावी ढंग से दबा सकता है; ट्रांसमिशन के अंत के बाद, P1.6 को '0' पर सेट किया जाता है, इस समय, तुलनित्र के आउटपुट से जुड़े P1.2 121 को स्कैन करके, P1.2 पोर्ट की इनपुट स्थिति के अनुसार यह निर्धारित करने के लिए कि प्रतिध्वनि प्राप्त हुई है या नहीं। अल्ट्रासोनिक उत्सर्जन और ड्राइविंग सर्किट CD4011 से बने RC ऑसिलेटर द्वारा निर्मित होते हैं, और तापमान सेंसर AD590 को अपनाता है।

समय माप

समय माप में प्रयुक्त अल्ट्रासोनिक सिग्नल की अवधि 25 μs है, लेकिन 20 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 9 मिमी की तरंग दैर्ध्य के बराबर एक अल्ट्रासोनिक सिग्नल स्रोत की आवश्यकता होती है। सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, एक तरंग दैर्ध्य डिटेक्टर की आवश्यकता होती है। अल्ट्रासोनिक सिग्नल स्रोत एक सिग्नल जनरेटर और एक शून्य-क्रॉसिंग डिटेक्टर सर्किट से बना होता है। मनमाना सिग्नल जनरेटर में एक 16Kbyte EPROM होता है जो मनमाना तरंगों को संग्रहीत कर सकता है, EPROM को स्कैन करने के लिए एक 16-बिट काउंटर और एक DAC। जीरो-क्रॉसिंग डिटेक्टर में थ्रेशोल्ड वैल्यू डिटेक्टर होता है। डिटेक्टर का थ्रेशोल्ड मान प्राप्त सिग्नल के शिखर मूल्य का एक हिस्सा है, ताकि डिटेक्टर संदर्भ शून्य क्षमता के अनुसार प्राप्त सिग्नल की तुलना कर सके। यह सिग्नल क्षेत्र में सिग्नल को अधिकतम सीमा तक पहचानने की अनुमति देता है, जिससे शोर हस्तक्षेप कम हो जाता है।

EPROM में संग्रहीत उत्तेजना सिग्नल को ऐसी गूँज प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए जो पहले थ्रेशोल्ड रिसीवर को विभिन्न चक्रों में हस्तक्षेप करने से रोकने के लिए पर्याप्त कम हो। इन विशेष संकेतों को एक विवश अनुकूलन कार्यक्रम द्वारा संसाधित किया जाता है, जो मुख्य रूप से प्रतिध्वनि की ऊर्जा को कम करने के लिए है ताकि प्रतिध्वनि के चरम मूल्य को एक निश्चित मूल्य तक सीमित किया जा सके। सबसे उपयुक्त ड्राइविंग सिग्नल X (f) जो एक निश्चित आयाम की न्यूनतम प्रतिध्वनि Y (f) प्राप्त करने की अनुमति देता है, निम्नलिखित समीकरण को हल करके प्राप्त किया जा सकता है।

इष्टतम परिणाम मुख्य रूप से चयनित प्रतिध्वनि के आयाम पर निर्भर करता है। प्रतिध्वनि जितनी कम होगी, आयाम उतना ही कम होगा, और संबंधित शोर आयाम द्वारा हस्तक्षेप की संभावना उतनी ही कम होगी। किसी भी परिस्थिति में उपयोग करने के लिए सबसे अच्छा सिग्नल शोर की वास्तविक मात्रा पर निर्भर करता है। अल्ट्रासोनिक सेंसर में एक सरल शोर माप प्रणाली भी है। सिस्टम इको-मुक्त चरण के दौरान इनपुट सिग्नल की निगरानी करके वास्तविक शोर का अनुमान लगा सकता है। इस शोर माप प्रणाली के आउटपुट को निम्न, मध्यम और उच्च शोर स्थितियों में परिवर्तित किया जा सकता है।

इसके अलावा, छोटी दूरी के अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का आयाम मुख्य रूप से जमीन की परावर्तनशीलता और दूरी पर निर्भर करता है। इन प्रभावों को प्राप्त सर्किट में स्वचालित लाभ नियंत्रण एम्पलीफायर द्वारा कम किया जा सकता है। इसलिए, प्रतिध्वनि आयाम को एक निश्चित मान पर रखा जा सकता है। यह पहले डिटेक्टर में निश्चित सीमा का उपयोग करता है। जीरो-क्रॉसिंग डिटेक्टर के आउटपुट का उपयोग बफर को चलाने के लिए किया जा सकता है (प्रतिध्वनि आने के समय के भीतर काउंटर आउटपुट को लैच किया जा सकता है)। यदि एक नई प्रतिध्वनि का पता नहीं चलता है, तो बफ़र का आउटपुट अपडेट नहीं होता है। इससे निरर्थक मापों से बचा जा सकता है। बफ़र्ड मान प्रसार समय और ज्ञात निश्चित मान Na पर आधारित है (यह मान EPROM में इसके भंडारण और पहले डिटेक्टर के थ्रेशोल्ड स्तर द्वारा निर्धारित किया जाता है)। सिस्टम क्लॉक 8MHz है, इसलिए अवधि 125ns है। जब दूरी 1 मीटर से अधिक हो जाती है, तो अधिकतम माप समय लगभग 8 एमएस होता है। एक 50Hz मल्टी-हार्मोनिक ऑसिलेटर हर 20ms पर एक काउंटर रीडिंग प्रदान करता है।

तापमान सेंसर और स्वचालित त्रुटि मुआवजा

हवा का तापमान एक तापमान सेंसर द्वारा पता लगाया जाता है और सर्किट द्वारा संसाधित किया जाता है। यह जांच में स्थापित है, त्रुटि 1 ℃ से अधिक नहीं है। त्रुटि का स्वचालित मुआवजा चित्र 2 में दिखाए गए सरल एनालॉग सर्किट से प्राप्त किया जा सकता है। वी मापी गई दूरी के समानुपाती है।

सॉफ़्टवेयर डिज़ाइन विचार
क्योंकि अल्ट्रासोनिक ट्रांसमिटिंग सेंसर अल्ट्रासोनिक प्राप्त सेंसर के बहुत करीब है, अल्ट्रासोनिक तरंगों को प्रसारित करते समय, प्राप्त अल्ट्रासोनिक सेंसर को एक मजबूत हस्तक्षेप संकेत प्राप्त होगा। सिस्टम को ग़लत पहचान से बचाने के लिए, सिस्टम की हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता में सुधार करने के लिए सॉफ़्टवेयर में विलंब प्राप्त करने वाली तकनीक को अपनाया जाता है। जब स्टार्ट बटन दबाया जाता है, तो अल्ट्रासोनिक तरंगों को प्रसारित करने का आदेश भेजा जाता है, और नियंत्रण प्रणाली तापमान संग्रह को पूरा करने के लिए प्रोग्राम को निष्पादित करना शुरू कर देती है; अल्ट्रासोनिक तरंगों को भेजने और प्राप्त करने का समय अंतराल मापा जाता है; अंत में, मापी गई दूरी की गणना संख्यात्मक प्रसंस्करण कार्यक्रम द्वारा की जाती है और प्रदर्शन के लिए डिस्प्ले पर भेजी जाती है। सिस्टम सॉफ़्टवेयर मॉड्यूलर डिज़ाइन को अपनाता है, जो मुख्य प्रोग्राम, दूरी मापने वाले उपप्रोग्राम, तापमान मापने वाले उपप्रोग्राम और डिस्प्ले उपप्रोग्राम जैसे मुख्य मॉड्यूल से बना होता है। मुख्य प्रोग्राम ब्लॉक आरेख में दिखाया गया है।

परीक्षण के परिणाम
इस प्रणाली का उपयोग गैर-संपर्क दूरी माप अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर दूरी के लिए किया जाता है। जब दो वस्तुएं 0.1 मीटर ~ 0.3 मीटर दूर थीं और परिवेश का तापमान 0 ℃ ~ 40 ℃ से बदल गया, तो वास्तविक परीक्षण किया गया। चूंकि सिस्टम में तापमान सुधार प्रणाली और सॉफ़्टवेयर क्षतिपूर्ति तकनीक जोड़ी गई, इसलिए सिस्टम की माप सटीकता में काफी सुधार हुआ। वास्तविक परीक्षण साबित करता है कि सुधार के बाद सिस्टम की माप सटीकता ± 0.01m तक पहुंच सकती है।

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