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Visualizzazioni: 6 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2020-11-02 Origine: Sito
A causa della forte direttività delle onde ultrasoniche, del lento consumo di energia e delle lunghe distanze nel mezzo, le onde ultrasoniche vengono spesso utilizzate per la misurazione della distanza. Ad esempio, i telemetri a ultrasuoni e gli strumenti di misurazione del livello possono essere realizzati mediante onde ultrasoniche. I test a ultrasuoni sono spesso rapidi, convenienti, semplici da calcolare, facili da ottenere un controllo in tempo reale e possono soddisfare i requisiti pratici industriali in termini di precisione di misurazione, quindi sono stati ampiamente utilizzati anche nello sviluppo di robot mobili. Affinché un robot mobile possa evitare automaticamente gli ostacoli e camminare, deve essere dotato di un sistema di misurazione della distanza in modo che possa ottenere in tempo le informazioni sulla distanza (distanza e direzione) dall'ostacolo. Il sistema di misurazione della distanza a ultrasuoni in tre direzioni (anteriore, sinistra e destra) introdotto in questo articolo serve a fornire informazioni sulla distanza di movimento affinché il robot possa comprendere il suo ambiente anteriore, sinistro e destro.
In secondo luogo, il principio di trasduttore di distanza ad ultrasuoni
1. Generatore di ultrasuoni
Per studiare e utilizzare gli ultrasuoni sono stati progettati e realizzati numerosi generatori di ultrasuoni. In generale, i generatori di ultrasuoni possono essere suddivisi in due categorie: uno è quello che genera onde ultrasoniche elettricamente e l'altro che genera onde ultrasoniche meccanicamente. I metodi elettrici includono piezoelettrico, magnetostrittivo ed elettrico, ecc.; i metodi meccanici includono il flauto, il fischio liquido e il fischio d'aria. La frequenza, la potenza e le caratteristiche sonore delle onde ultrasoniche che producono sono diverse, quindi anche i loro usi sono diversi. Attualmente, il generatore di ultrasuoni piezoelettrico è più comunemente usato.
2. Principio del generatore di ultrasuoni piezoelettrico
Il generatore di ultrasuoni piezoelettrico utilizza effettivamente la risonanza di un cristallo piezoelettrico per funzionare. Viene mostrata la struttura interna del generatore di ultrasuoni. Ha due wafer piezoelettrici e una piastra di risonanza. Quando un segnale di impulso viene applicato ai suoi due poli, la cui frequenza è uguale alla frequenza di oscillazione naturale del wafer piezoelettrico, il wafer piezoelettrico entra in risonanza e fa vibrare la piastra di risonanza per generare onde ultrasoniche. Al contrario, se non viene applicata alcuna tensione tra i due elettrodi, quando la piastra di risonanza riceve onde ultrasoniche, spingerà il chip piezoelettrico a vibrare e convertirà l'energia meccanica in segnali elettrici, diventando quindi un ricevitore ultrasonico.
3. Il principio di trasduttore ad ultrasuoni per la misurazione della distanza
Il trasmettitore a ultrasuoni emette onde ultrasoniche in una determinata direzione e avvia il cronometraggio contemporaneamente al momento del lancio. Le onde ultrasoniche si propagano nell'aria e ritornano immediatamente quando incontrano ostacoli sul percorso. Il ricevitore a ultrasuoni interrompe il cronometraggio immediatamente dopo aver ricevuto le onde riflesse. La velocità di propagazione dell'onda ultrasonica nell'aria è di 340 m/s. In base al tempo t registrato dal timer si può calcolare la distanza tra il punto di lancio e l'ostacolo/i ovvero: s=340t/2
Figura 1 Struttura del sensore a ultrasuoni
Questo è il cosiddetto metodo della differenza di tempo.
In terzo luogo, la progettazione del circuito del trasduttore a ultrasuoni
La caratteristica di questo sistema è l'uso di un microcomputer a chip singolo per controllare la trasmissione delle onde ultrasoniche e la tempistica del tempo di andata e ritorno delle onde ultrasoniche dalla trasmissione alla ricezione. La selezione a chip singolo è economica e facile da usare ed è presente una ROM 4K su chip per una facile programmazione. Viene mostrato lo schema del circuito. Viene disegnato solo lo schema elettrico del circuito di portata frontale e i circuiti di portata sinistra e destra sono uguali al circuito di portata frontale.
1. Generazione di impulsi a 40kHz ed emissione di ultrasuoni
Il sensore a ultrasuoni nel sistema di misurazione della distanza adotta il sensore ceramico piezoelettrico dell'UCM40 e la sua tensione di lavoro è un segnale a impulsi di 40kHz, generato dal computer a chip singolo che esegue il seguente programma.
Il terminale di ingresso del circuito front range è collegato alla porta P1.0 del microcomputer a chip singolo. Dopo che il microcomputer a chip singolo ha eseguito il programma di cui sopra, emette un segnale a impulsi da 40 kHz sulla porta P1.0, che viene amplificato dal transistor T, guida il trasmettitore a ultrasuoni UCM40T e invia onde ultrasoniche pulsate a 40 kHz. E continua a trasmettere 200 ms. Le estremità di ingresso dei circuiti di portata destra e sinistra sono collegate rispettivamente alle porte P1.1 e P1.2 e il principio di funzionamento è lo stesso del circuito di portata frontale.
2. Ricezione ed elaborazione degli ultrasuoni
La testa ricevente adotta l'UCM40R abbinato alla testa trasmittente, Il sensore del trasduttore a ultrasuoni converte l'impulso modulato a ultrasuoni in un segnale di tensione alternata, che viene amplificato dagli amplificatori operazionali IC1A e IC1B e quindi aggiunto a IC2. IC2 è un blocco integrato di decodifica audio LM567 con loop bloccato. La frequenza centrale dell'oscillatore interno controllato in tensione è f0=1/1.1R8C3 e il condensatore C4 ne determina la larghezza di banda di bloccaggio. Regolando R8 sulla frequenza portante di trasmissione, il segnale di ingresso dell'LM567 è maggiore di 25 mV e il pin di uscita 8 cambia da livello alto a livello basso, che viene utilizzato come segnale di richiesta di interruzione e inviato al microcontrollore per l'elaborazione.
Il terminale di uscita del circuito front range è collegato alla porta MCU INT0, la priorità di interruzione è la più alta, l'uscita del circuito di range sinistro e destro è collegata alla porta MCU INT1 tramite l'uscita del gate AND IC3A, mentre MCU P1.3 e P1.4 sono collegati all'ingresso di IC3A Alla fine, l'identificazione della sorgente di interruzione viene gestita dalla query del programma e la priorità di interruzione è prima a destra e poi a sinistra.
