plan proizvodnje ultrazvučnog daljinomjera

Ultrazvučni daljinomjer koristi NE555 krug, dvostupanjski krug pojačala i krug za usporedbu razine kako bi ostvario prijenos i prijem ultrazvučnih valova. Komparator je središnja jedinica daljinomjera, koja ostvaruje kontrolu odašiljačkog kruga i obradu primljenih podataka. Ovaj sustav ima veliku praktičnu vrijednost i dobre tržišne izglede.

一 Opći plan

1.1 Alternative

Rješenje 1: Ultrazvučni daljinomjer koristi diskretne module

Sustav uključuje pet dijelova: ultrazvučni modul za mjerenje udaljenosti, LED digitalni zaslonski modul, upravljački modul pogonskog modula i napajanje.

Senzor modula ultrazvučnog dometa uglavnom se sastoji od dijela za prijenos i dijela za prijem. Prijenosom male ultrazvučne sonde upravlja glavni upravljač (kao što je prikazano na slici 1); ultrazvučni pretvarač rezonira na frekvenciji od 40 KHz, a modul ima krug za generiranje kvadratnog vala od 40 KHz.

Modul zaslona je 8-znamenkasti segmentni digitalni LCD zaslon; prikaz rezultata mjerenja koristi troznamenkasti kod polja, format je X točaka XX metara, a dvoznamenkasti kod segmenta koristi se za prikaz broja podataka.

Napajanje koristi 9V DC ulaz. Nakon cijevi regulatora napona, za razne dijelove sustava koriste se izvori napajanja od 5V i 3,3V.

Slika 1 Struktura ultrazvučnog senzora za mjerenje udaljenosti

Shema 2: Ultrazvučni daljinomjer temeljen na mikrokontroleru PIC16F876A.

Ultrazvučni daljinomjer se uglavnom temelji na mikroračunalu s jednim čipom PIC16F876A. Njegov odašiljač koristi rezonanciju piezoelektričnog kristala kako bi natjerao okolni zrak da vibrira i radi. Ultrazvučni odašiljač emitira ultrazvučne valove u određenom smjeru i počinje mjeriti vrijeme u isto vrijeme kada su ultrazvučni valovi u zraku. Propagacija, odmah će se vratiti kada naiđe na prepreku na putu, a ultrazvučni prijemnik će prestati mjeriti vrijeme kada primi reflektirani val. U normalnim okolnostima, brzina širenja ultrazvučnih valova u zraku je 340 m/s. Prema vremenu t koje je zabilježio tajmer, mogu se izračunati udaljenosti između točke lansiranja i prepreke, to jest, s=340&TImes;t/2, što je uobičajeno korištena metoda vremenske razlike za mjerenje udaljenosti.

U dizajnu kruga za brojanje dometa usvojena je relevantna metoda brojanja. Glavno načelo senzora ultrazvučnog pretvornika je mikroračunalni sustav s jednim čipom koji prvo daje impulsne signale krugu odašiljača tijekom mjerenja, a brojač s jednim čipom je u stanju čekanja i ne broji se; kada se signal odašilje neko vrijeme, mikroračunalo s jednim čipom šalje signal uzrokuje da sustav isključi odašiljanje signala, a brojač počinje brojati kako bi se postigla sinkronizacija na početku; kada stigne posljednji impuls primljenog signala, brojač prestaje brojati.

Sustav dvosmjernog ultrazvučnog daljinomjera uglavnom se sastoji od nekoliko dijelova (kao što je prikazano na slici 2): modul LED zaslona, ​​čip PIC16F876A, modul ultrazvučnog odašiljača, modul ultrazvučnog prijemnika, modul napajanja i ostalih pet modula.

Slika 2 Cjelokupni blok dijagram dizajna sustava

1.2 Odabir sheme

 Budući da je dizajn ovog ultrazvučnog zračnog pretvornika digitalno-analogni sklop, a s obzirom na to da MCU programiranje nije poznato članovima tima, otklanjanje pogrešaka će naići na veće poteškoće. Krugovi prema shemi 1 izgrađeni su za naučeno znanje, a principi su relativno poznati, pa se usvaja shema 1 sa kompliciranijim hardverskim sklopovima.

二 Dizajn i implementacija

Ultrazvučni daljinomjer temelji se na karakteristikama ultrazvučnih valova koji se odbijaju pri susretu s preprekama. Ultrazvučni odašiljač emitira ultrazvučne valove u određenom smjeru i počinje mjeriti vrijeme u isto vrijeme kada i prijenos. Ultrazvučni valovi se šire u zraku i odmah se vraćaju kada naiđu na prepreke na putu. Ultrazvučni prijemnik odmah prekida i zaustavlja mjerenje vremena kada se reflektirani valovi prime. Kontinuiranim detektiranjem odjeka reflektiranih od prepreka na koje naiđe nakon emitiranja generiranog vala, mjeri se vremenska razlika T između odaslanog ultrazvučnog vala i primljenog odjeka, a zatim se dobiva udaljenost L. Osnovna formula za određivanje raspona je: L=(△t/2)*C

gdje je L udaljenost koju treba izmjeriti

T——vremenski interval između odaslanog i odbijenog vala

C——brzina zvuka ultrazvuka u zraku, koja iznosi 340 m/s na sobnoj temperaturi

Nakon što se odredi brzina zvuka, L se može dobiti sve dok se mjeri vrijeme povratnog putovanja ultrazvučnog vala.

2.1 Princip ultrazvučnog mjerenja udaljenosti

2.1.1 Dio za lansiranje

Slika 3 Dijagram strukture ultrazvučne emisije sastoji se od dva 555 integrirana kruga. IC1 (555) predstavlja generator ultrazvučnog pulsnog signala, formula za izračun radnog ciklusa je sljedeća, postojat će neke razlike u stvarnom krugu zbog grešaka kao što su komponente.

Uvjeti: RA =9.1MΩ, RB=150KΩ, C=0.01μF

TL = 0,69 x RB x C = 0,69 x 150 x 103 x 0,01 x 10-6 = 1 msec

TH = 0,69 x (RA + RB) x C = 0,69 x 9250 x 103 x 0,01 x 10-6 = 64 msec

IC2 predstavlja ultrazvučni nosivi generator signala. Upravljan izlazom pulsnog signala IC1, emitira impuls od 1 ms s frekvencijom od 40 kHz, radnim ciklusom od 50 % i zaustavljanjem od 64 ms. Izračunava se na sljedeći način:

Uvjeti: RA =1,5KΩ, RB=15KΩ, C=1000pF

TL = 0,69 x RB x C = 0,69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10 μsec

TH = 0,69 x (RA + RB) x C = 0,69 x 16,5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11 μsec

F = 1/(TL + TH) = 1/((10,35 + 11,39) x 10-6) = 46,0 KHz

IC3 (CD4069) sačinjava pogonski krug glave ultrazvučnog prijenosa.