Bagaimana merancang sistem jangkauan sensor ultrasonik

Transduser rentang ultrasonik terutama digunakan di bidang pengukuran non-kontak. Saat ini, sistem ultrasonik khusus untuk pengukuran jarak sulit digunakan secara luas di beberapa aplikasi kecil dan menengah karena tingginya biaya. Dengan berkembangnya kecerdasan otomotif, perlu dikembangkan sensor ultrasonik baru yang dapat mengukur jarak dengan akurasi lebih tinggi, dan biaya rendah. Namun, karena persyaratan presisi tinggi, sensor ultrasonik konvensional memiliki struktur yang rumit dan tidak dapat disesuaikan secara otomatis menurut lingkungan yang berbeda, sehingga memiliki biaya tinggi dan kemampuan beradaptasi yang buruk. Artikel ini memperkenalkan pengembangan transduser pengintai ultrasonik tampilan digital berbiaya rendah dan presisi tinggi dengan komputer mikro chip tunggal at89c2051 sebagai intinya. Karena sensor ultrasonik ini dapat menguji suhu sekitar dan menyesuaikannya sendiri, kinerja biayanya lebih baik daripada beberapa produk sejenis yang ada. Sensor ultrasonik ini dapat digunakan pada kisaran suhu 0 ℃ ~ 40 ℃, mulai dari 0,1m hingga 0,3m, dengan akurasi 1mm, sehingga dapat digunakan pada beberapa acara khusus, seperti parkir swalayan, suspensi cerdas dan penyesuaian lampu depan, dll.

Desain perangkat keras transduser pengukur jarak ultrasonik

Prinsip kerja transduser ultrasonik baja tahan karat ditunjukkan pada Gambar 1. Sistem ini terdiri dari komputer mikro chip tunggal AT89C2051, transmisi ultrasonik, rangkaian penguat penerima, rangkaian perolehan suhu sekitar, dan rangkaian tampilan. AT89C205l MCU adalah komponen inti dari keseluruhan sistem, yang mengkoordinasikan kerja setiap komponen. Sumber osilasi yang dikendalikan oleh komputer mikro chip tunggal menghasilkan sinyal frekuensi 40 kHz untuk menggerakkan sensor ultrasonik. Setiap transmisi berisi 10 pulsa. Setelah pulsa ultrasonik pertama dikirimkan, penghitung mulai menghitung. Pada saat pulsa gema pertama terdeteksi, penghitung berhenti menghitung, sehingga waktu △ t dari transmisi ke penerimaan dapat diperoleh; sirkuit akuisisi suhu juga mengirimkan pengumpulan data suhu sekitar ke komputer mikro chip tunggal untuk memberikan koreksi kecepatan propagasi ultrasonik saat menghitung jarak. Terakhir, komputer chip tunggal menggunakan rumus untuk menghitung jarak pengukuran, yang ditampilkan di layar. Port serial RXD dan TXD dari mikrokomputer chip tunggal masing-masing dihubungkan ke RXD dan TXD dari rangkaian tampilan untuk membentuk rangkaian tampilan statis serial; pengatur waktu/penghitung T0 dihubungkan ke keluaran konverter V/F untuk mewujudkan fungsi akuisisi frekuensi; P1. 7 Terhubung ke ujung kontrol multivibrator CMOS, melalui perangkat lunak untuk membuat keluaran port P1.7 tingkat tinggi atau rendah, sehingga mengendalikan transmisi gelombang ultrasonik; P1.6 dikendalikan oleh dioda switching IN4l48 dan rangkaian pembangkit tegangan referensi dari Terminal LM324 komparator terhubung, atur P1.6 ke '1' saat mentransmisikan gelombang ultrasonik, tingkat keluaran dapat menekan pembalikan komparator, yang secara efektif dapat menekan gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar untuk langsung memancar ke penerima dan menyebabkan deteksi yang salah; setelah transmisi berakhir, P1.6 diatur ke '0', saat ini, dengan memindai P1.2 121 yang terhubung ke output komparator, sesuai dengan status input port P1.2 untuk menentukan apakah gema diterima. Emisi ultrasonik dan rangkaian penggerak dihasilkan oleh osilator RC yang terdiri dari CD4011, dan sensor suhu mengadopsi AD590.

Pengukuran waktu

Periode sinyal ultrasonik yang digunakan dalam pengukuran waktu adalah 25 s, tetapi diperlukan sumber sinyal ultrasonik yang setara dengan panjang gelombang sekitar 9 mm pada 20°C. Untuk memastikan akurasi, diperlukan detektor panjang gelombang. Sumber sinyal ultrasonik terdiri dari generator sinyal dan rangkaian detektor zero-crossing. Generator sinyal arbitrer terdiri dari EPROM 16Kbyte yang dapat menyimpan bentuk gelombang arbitrer, penghitung 16-bit untuk pemindaian EPROM, dan DAC. Detektor zero-crossing terdiri dari detektor nilai ambang batas. Nilai ambang batas detektor merupakan bagian dari nilai puncak sinyal yang diterima, sehingga detektor dapat membandingkan sinyal yang diterima sesuai dengan potensial nol acuan. Hal ini memungkinkan sinyal di area sinyal terdeteksi semaksimal mungkin, sehingga meminimalkan gangguan kebisingan.

Hasil optimal terutama bergantung pada amplitudo gema yang dipilih. Semakin rendah gema, semakin rendah amplitudonya, dan semakin rendah kemungkinan interferensi dengan amplitudo kebisingan terkait. Sinyal terbaik untuk digunakan dalam kondisi apa pun bergantung pada jumlah kebisingan sebenarnya. Sensor ultrasonik juga memiliki sistem pengukuran kebisingan yang sederhana. Sistem dapat memperkirakan kebisingan sebenarnya dengan memantau sinyal masukan selama fase bebas gema. Output dari sistem pengukuran kebisingan ini dapat dikonversi pada kondisi kebisingan rendah, sedang, dan tinggi.

Sensor suhu dan kompensasi kesalahan otomatis

Suhu udara dideteksi oleh sensor suhu dan diproses oleh rangkaian. Dipasang di probe, kesalahannya tidak melebihi 1 ℃. Kompensasi kesalahan otomatis dapat diperoleh dari rangkaian analog sederhana yang ditunjukkan pada Gambar 2. V sebanding dengan jarak yang diukur.

Ide desain perangkat lunak
Karena sensor pemancar ultrasonik sangat dekat dengan sensor penerima ultrasonik, maka pada saat transmisi gelombang ultrasonik, sensor ultrasonik penerima akan menerima sinyal interferensi yang kuat. Untuk mencegah sistem dari kesalahan deteksi, teknologi penerimaan penundaan diadopsi dalam perangkat lunak untuk meningkatkan kemampuan anti-interferensi sistem. Ketika tombol start ditekan, perintah untuk mengirimkan gelombang ultrasonik dikirim, dan sistem kontrol mulai menjalankan program untuk menyelesaikan pengumpulan suhu; selang waktu pengiriman dan penerimaan gelombang ultrasonik diukur; akhirnya, jarak yang diukur dihitung oleh program pemrosesan numerik dan dikirim ke layar untuk ditampilkan. Perangkat lunak sistem mengadopsi desain modular, yang terdiri dari modul-modul utama seperti program utama, subprogram pengukur jarak, subprogram pengukur suhu, dan subprogram tampilan. Diagram blok program utama ditunjukkan pada .