अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर की उत्पादन योजना

अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर अल्ट्रासोनिक तरंगों के संचरण और स्वागत का एहसास करने के लिए NE555 सर्किट, दो-चरण एम्पलीफायर सर्किट और स्तर तुलना सर्किट को अपनाता है। तुलनित्र रेंजफाइंडर की मुख्य इकाई है, जो ट्रांसमिटिंग सर्किट के नियंत्रण और प्राप्त डेटा के प्रसंस्करण का एहसास कराती है। इस प्रणाली का मजबूत व्यावहारिक मूल्य और अच्छी बाजार संभावनाएं हैं।

一 समग्र योजना

1.1 विकल्प

समाधान 1: अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर अलग मॉड्यूल का उपयोग कर रहा है

सिस्टम में पांच भाग शामिल हैं: अल्ट्रासोनिक दूरी माप मॉड्यूल, एलईडी डिजिटल डिस्प्ले मॉड्यूल, ड्राइव मॉड्यूल नियंत्रण मॉड्यूल और बिजली आपूर्ति।

अल्ट्रासोनिक रेंजिंग मॉड्यूल सेंसर मुख्य रूप से ट्रांसमिटिंग पार्ट और रिसीविंग पार्ट से बना होता है। छोटे अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का संचरण मुख्य नियंत्रक द्वारा नियंत्रित किया जाता है (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है); अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर 40KHz की आवृत्ति पर प्रतिध्वनित होता है, और मॉड्यूल में 40KHz वर्ग तरंग उत्पन्न करने वाला सर्किट होता है।

डिस्प्ले मॉड्यूल एक 8-अंकीय खंड डिजिटल डिस्प्ले एलसीडी है; माप परिणाम प्रदर्शन तीन अंकों वाले फ़ील्ड कोड का उपयोग करता है, प्रारूप एक्स पॉइंट XX मीटर है, और डेटा की संख्या प्रदर्शित करने के लिए दो अंकों वाले खंड कोड का उपयोग किया जाता है।

बिजली आपूर्ति 9वी डीसी पावर इनपुट को अपनाती है। वोल्टेज रेगुलेटर ट्यूब के बाद, सिस्टम के विभिन्न हिस्सों के लिए 5V और 3.3V बिजली की आपूर्ति का उपयोग किया जाता है।

चित्र 1 अल्ट्रासोनिक रेंजिंग सेंसर की संरचना

योजना 2: PIC16F876A माइक्रोकंट्रोलर पर आधारित अल्ट्रासोनिक दूरी मीटर।

अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर मुख्य रूप से सिंगल चिप माइक्रो कंप्यूटर PIC16F876A पर आधारित है। इसका ट्रांसमीटर आसपास की हवा को काम करने के लिए कंपन करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल की अनुनाद का उपयोग करता है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसमीटर एक निश्चित दिशा में अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्सर्जन करता है, और उसी समय समय शुरू कर देता है जब अल्ट्रासोनिक तरंगें हवा में होती हैं। प्रसार, रास्ते में किसी बाधा का सामना करने पर यह तुरंत वापस आ जाएगा, और परावर्तित तरंग प्राप्त होने पर अल्ट्रासोनिक रिसीवर समय बंद कर देगा। सामान्य परिस्थितियों में, हवा में अल्ट्रासोनिक तरंगों की प्रसार गति 340m/s होती है। टाइमर द्वारा रिकॉर्ड किए गए समय t के अनुसार, प्रक्षेपण बिंदु और बाधा के बीच की दूरी की गणना की जा सकती है, अर्थात, s=340&TImes;t/2, जो आमतौर पर दूरी माप के लिए समय अंतर विधि का उपयोग किया जाता है।

रेंजिंग काउंटिंग सर्किट के डिजाइन में, प्रासंगिक काउंटिंग पद्धति अपनाई जाती है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर सेंसर का मुख्य सिद्धांत यह है कि सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर सिस्टम पहले माप के दौरान ट्रांसमीटर सर्किट को पल्स सिग्नल प्रदान करता है, और सिंगल-चिप काउंटर प्रतीक्षा स्थिति में होता है और गिनती नहीं करता है; जब सिग्नल कुछ समय के लिए प्रसारित होता है, तो सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर सिग्नल भेजता है, जिससे सिस्टम ट्रांसमिटिंग सिग्नल को बंद कर देता है, और काउंटर शुरुआत में सिंक्रोनाइज़ेशन प्राप्त करने के लिए गिनती शुरू कर देता है; जब प्राप्त सिग्नल की अंतिम पल्स आती है, तो काउंटर गिनती बंद कर देता है।

दो-तरफा अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर प्रणाली में मुख्य रूप से कई भाग होते हैं (जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है): एलईडी डिस्प्ले मॉड्यूल, PIC16F876A चिप, अल्ट्रासोनिक ट्रांसमीटर मॉड्यूल, अल्ट्रासोनिक रिसीवर मॉड्यूल, पावर मॉड्यूल और अन्य पांच मॉड्यूल।

चित्र 2 सिस्टम डिज़ाइन का समग्र ब्लॉक आरेख

1.2 योजना चयन

 चूंकि इस अल्ट्रासोनिक एयर ट्रांसड्यूसर का डिज़ाइन डिजिटल-एनालॉग सर्किट डिज़ाइन है, और यह देखते हुए कि एमसीयू प्रोग्रामिंग टीम के सदस्यों से परिचित नहीं है, डिबगिंग में अधिक कठिनाइयों का सामना करना पड़ेगा। स्कीम 1 सर्किट सीखे गए ज्ञान के लिए बनाए गए हैं, और सिद्धांत अपेक्षाकृत परिचित हैं, इसलिए अधिक जटिल हार्डवेयर सर्किट वाली स्कीम 1 को अपनाया जाता है।

二 डिजाइन और कार्यान्वयन

अल्ट्रासोनिक रेंज फाइंडर बाधाओं का सामना करते समय परावर्तित अल्ट्रासोनिक तरंगों की विशेषताओं पर आधारित होता है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसमीटर एक निश्चित दिशा में अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्सर्जित करता है, और ट्रांसमिशन के साथ-साथ समय भी शुरू कर देता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें हवा में फैलती हैं और रास्ते में बाधाओं का सामना करने पर तुरंत लौट आती हैं। परावर्तित तरंगें प्राप्त होने पर अल्ट्रासोनिक रिसीवर तुरंत बाधित हो जाता है और समय बंद कर देता है। उत्पन्न तरंग उत्सर्जित होने के बाद आने वाली बाधाओं से परावर्तित प्रतिध्वनि का लगातार पता लगाकर, संचरित अल्ट्रासोनिक तरंग और प्राप्त प्रतिध्वनि के बीच समय अंतर टी को मापा जाता है, और फिर दूरी एल प्राप्त की जाती है। मूल रेंजिंग फॉर्मूला है: L=(△t/2)*C

जहाँ L मापी जाने वाली दूरी है

T—संचरित तरंग और परावर्तित तरंग के बीच का समय अंतराल

सी——हवा में अल्ट्रासाउंड का ध्वनि वेग, जो कमरे के तापमान पर 340 मीटर/सेकेंड है

ध्वनि की गति निर्धारित होने के बाद, एल तब तक प्राप्त किया जा सकता है जब तक अल्ट्रासोनिक तरंग का राउंड-ट्रिप समय मापा जाता है।

2.1 अल्ट्रासोनिक रेंजिंग का सिद्धांत

2.1.1 लॉन्च भाग

चित्र 3 अल्ट्रासोनिक उत्सर्जन संरचना आरेख दो 555 एकीकृत सर्किट से बना है। IC1 (555) अल्ट्रासोनिक पल्स सिग्नल जनरेटर का गठन करता है, कार्य चक्र गणना सूत्र इस प्रकार है, घटकों जैसे त्रुटियों के कारण वास्तविक सर्किट में कुछ अंतर होंगे।

शर्तें: RA =9.1MΩ, RB=150KΩ, C=0.01μF

टीएल = 0.69 x आरबी x सी = 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 मिसे

टीएच = 0.69 x (आरए + आरबी) x सी = 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 मिसे

IC2 एक अल्ट्रासोनिक वाहक सिग्नल जनरेटर का गठन करता है। IC1 द्वारा पल्स सिग्नल आउटपुट द्वारा नियंत्रित, यह 40kHz की आवृत्ति, 50% का कर्तव्य चक्र और 64ms के लिए स्टॉप के साथ 1ms पल्स आउटपुट करता है। इस प्रकार गणना की गई:

शर्तें: RA =1.5KΩ, RB=15KΩ, C=1000pF

टीएल = 0.69 x आरबी x सी = 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10μसेकंड

TH = 0.69 x (RA + RB) x C = 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsec

एफ = 1/(टीएल + टीएच) = 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 किलोहर्ट्ज़

IC3 (CD4069) अल्ट्रासोनिक ट्रांसमिटिंग हेड ड्राइव सर्किट बनाता है।