Kako dizajnirati sustav ultrazvučnog senzora za mjerenje udaljenosti

Ultrazvučni pretvarač raspona uglavnom se koristi u području beskontaktnog mjerenja. Trenutačno je poseban ultrazvučni sustav za mjerenje udaljenosti teško široko koristiti u nekim malim i srednjim aplikacijama zbog visoke cijene. S razvojem automobilske inteligencije potrebno je razviti nove ultrazvučne senzore koji mogu mjeriti udaljenost s većom točnošću, a cijena je niska. Međutim, zbog zahtjeva visoke preciznosti, konvencionalni ultrazvučni senzor ima kompliciranu strukturu i ne može se automatski prilagoditi prema različitim okruženjima, što ima visoku cijenu i slabu prilagodljivost. Ovaj članak predstavlja razvoj jeftinog ultrazvučnog daljinomjera s digitalnim zaslonom visoke preciznosti s mikroračunalom at89c2051 s jednim čipom kao jezgrom. Budući da ovaj ultrazvučni senzor može testirati temperaturu okoline i sam se prilagoditi, troškovna učinkovitost je bolja od nekih postojećih sličnih proizvoda. Ovaj ultrazvučni senzor može se koristiti u temperaturnom rasponu od 0 ℃ ~ 40 ℃, u rasponu od 0,1 m do 0,3 m, s točnošću od 1 mm, tako da se može koristiti u nekim posebnim prilikama, kao što je samoposlužno parkiranje, pametno podešavanje ovjesa i prednjih svjetala, itd.

Dizajn hardvera ultrazvučnog daljinomjera

Princip rada ultrazvučnog pretvarača od nehrđajućeg čelika prikazan je na slici 1. Sustav se sastoji od mikroračunala s jednim čipom AT89C2051, ultrazvučnog prijenosa, kruga prijemnog pojačala, kruga za mjerenje temperature okoline i kruga za prikaz. AT89C205l MCU je ključna komponenta cijelog sustava, koordinirajući rad svake komponente. Izvor oscilacija kojim upravlja mikroračunalo s jednim čipom generira frekvencijski signal od 40 kHz za pokretanje ultrazvučnog senzora. Svaki prijenos sadrži 10 impulsa. Nakon odaslanog prvog ultrazvučnog impulsa, brojač počinje brojati. U trenutku kada je detektiran prvi echo impuls, brojač prestaje brojati, tako da se može dobiti vrijeme △ t od prijenosa do prijema; krug za prikupljanje temperature također šalje prikupljene podatke o temperaturi okoline mikroračunalu s jednim čipom kako bi se osigurala korekcija brzine širenja ultrazvuka kada se izračunava udaljenost. Konačno, jednočipno računalo koristi formulu za izračunavanje mjerne udaljenosti, koja se prikazuje na zaslonu. Serijski priključci RXD i TXD mikroračunala s jednim čipom spojeni su na RXD i TXD kruga prikaza kako bi formirali serijski statički krug prikaza; mjerač vremena/brojač T0 spojen je na izlaz V/F pretvarača kako bi se ostvarila funkcija akvizicije frekvencije; P1. 7 Povezan s kontrolnim dijelom CMOS multivibratora, putem softvera kako bi izlaz P1.7 porta bio visok ili nizak, čime se kontrolira prijenos ultrazvučnih valova; P1.6 je kontroliran preklopnom diodom IN4l48, a krug za generiranje referentnog napona komparatora LM324 Terminal je spojen, postavite P1.6 na '1' kada odašilje ultrazvučne valove, izlazna razina može potisnuti okretanje komparatora, što može učinkovito potisnuti ultrazvučne valove koje emitira odašiljač da izravno zrače do prijemnika i uzrokuju pogrešnu detekciju; nakon završetka prijenosa, P1.6 je postavljen na '0', u ovom trenutku, skeniranjem P1.2 121 spojenog na izlaz komparatora, u skladu s ulaznim stanjem priključka P1.2 kako bi se utvrdilo je li primljen eho. Ultrazvučnu emisiju i pogonski krug proizvodi RC oscilator sastavljen od CD4011, a senzor temperature usvaja AD590.

Mjerenje vremena

Period ultrazvučnog signala koji se koristi u mjerenju vremena je 25 μs, ali je potreban izvor ultrazvučnog signala ekvivalentan valnoj duljini od oko 9 mm na 20 °C. Kako bi se osigurala točnost, potreban je detektor valne duljine. Izvor ultrazvučnog signala sastoji se od generatora signala i kruga detektora prelaska nule. Generator proizvoljnog signala sastoji se od 16Kbyte EPROM-a koji može pohraniti proizvoljne valne oblike, 16-bitnog brojača za skeniranje EPROM-a i DAC-a. Detektor prelaska nule sastoji se od detektora vrijednosti praga. Vrijednost praga detektora je dio vršne vrijednosti primljenog signala, tako da detektor može usporediti primljeni signal prema referentnom nultom potencijalu. To omogućuje da se signal u području signala detektira u najvećoj mjeri, čime se minimalizira smetnja buke.

Optimalan rezultat uglavnom ovisi o amplitudi odabranog eha. Što je niža jeka, manja je amplituda i manja je mogućnost interferencije povezane amplitude šuma. Najbolji signal za korištenje u svim uvjetima ovisi o stvarnoj količini šuma. Ultrazvučni senzor također ima jednostavan sustav mjerenja buke. Sustav može procijeniti stvarni šum praćenjem ulaznog signala tijekom faze bez jeke. Izlaz ovog sustava za mjerenje buke može se pretvoriti u uvjetima niske, srednje i visoke buke.

Senzor temperature i automatska kompenzacija pogreške

Temperaturu zraka detektira senzor temperature i obrađuje krug. Ugrađuje se u sondu, pogreška ne prelazi 1 ℃. Automatska kompenzacija pogreške može se izvesti iz jednostavnog analognog kruga prikazanog na slici 2. V je proporcionalan izmjerenoj udaljenosti.

Ideje za dizajn softvera
Budući da je ultrazvučni prijenosni senzor vrlo blizu ultrazvučnog prijamnog senzora, pri odašiljanju ultrazvučnih valova, prijamni ultrazvučni senzor će primiti jak signal smetnji. Kako bi se spriječilo pogrešno otkrivanje sustava, u softveru je usvojena tehnologija primanja s kašnjenjem kako bi se poboljšala sposobnost sustava protiv smetnji. Kada se pritisne tipka za pokretanje, šalje se naredba za prijenos ultrazvučnih valova, a kontrolni sustav počinje izvršavati program za dovršetak prikupljanja temperature; mjeri se vremenski interval odašiljanja i primanja ultrazvučnih valova; konačno, izmjerenu udaljenost izračunava program za numeričku obradu i šalje na zaslon za prikaz. Softver sustava usvaja modularni dizajn, koji se sastoji od glavnih modula kao što su glavni program, potprogram za mjerenje udaljenosti, potprogram za mjerenje temperature i potprogram za prikaz. Blok dijagram glavnog programa prikazan je na .