piano di produzione del telemetro ad ultrasuoni

Il telemetro ad ultrasuoni adotta il circuito NE555, il circuito amplificatore a due stadi e il circuito di confronto dei livelli per realizzare la trasmissione e la ricezione delle onde ultrasoniche. Il comparatore è l'unità centrale del telemetro, che realizza il controllo del circuito di trasmissione e l'elaborazione dei dati ricevuti. Questo sistema ha un forte valore pratico e buone prospettive di mercato.

一 Il piano generale

1.1 Alternative

Soluzione 1: il telemetro a ultrasuoni utilizza moduli discreti

Il sistema comprende cinque parti: modulo di misurazione della distanza a ultrasuoni, modulo display digitale a LED, modulo di controllo del modulo di azionamento e alimentatore.

Il sensore del modulo di rilevamento a ultrasuoni è composto principalmente da una parte trasmittente e una parte ricevente. La trasmissione del piccolo trasduttore ultrasonico è controllata dal controller principale (come mostrato nella Figura 1); il trasduttore ultrasonico risuona ad una frequenza di 40 KHz e il modulo ha un circuito generatore di onde quadre da 40 KHz.

Il modulo display è un display LCD digitale a segmenti da 8 cifre; la visualizzazione del risultato della misurazione utilizza un codice di campo a tre cifre, il formato è X punti XX metri e un codice di segmento a due cifre viene utilizzato per visualizzare il numero di dati.

L'alimentatore adotta un ingresso di alimentazione CC da 9 V. Dopo il tubo regolatore di tensione, vengono utilizzati alimentatori da 5 V e 3,3 V per varie parti del sistema.

Figura 1 La struttura del sensore di portata a ultrasuoni

Schema 2: misuratore di distanza ad ultrasuoni basato sul microcontrollore PIC16F876A.

Il telemetro a ultrasuoni si basa principalmente sul microcomputer a chip singolo PIC16F876A. Il suo trasmettitore utilizza la risonanza del cristallo piezoelettrico per far vibrare l'aria circostante per funzionare. Il trasmettitore a ultrasuoni emette onde ultrasoniche in una determinata direzione e inizia a cronometrare nello stesso momento in cui le onde ultrasoniche sono nell'aria. Propagazione, tornerà immediatamente quando incontra un ostacolo sul percorso e il ricevitore a ultrasuoni interromperà il cronometraggio quando riceve l'onda riflessa. In circostanze normali, la velocità di propagazione delle onde ultrasoniche nell'aria è di 340 m/s. In base al tempo t registrato dal timer, è possibile calcolare le distanze tra il punto di lancio e l'ostacolo, ovvero s=340&TImes;t/2, che è il metodo della differenza di tempo comunemente utilizzato per la misurazione della distanza.

Nella progettazione del circuito di conteggio a distanza viene adottato il relativo metodo di conteggio. Il principio principale del sensore del trasduttore a ultrasuoni è che il sistema del microcomputer a chip singolo fornisce innanzitutto segnali di impulso al circuito del trasmettitore durante la misurazione e il contatore a chip singolo è nello stato di attesa e non conta; quando il segnale viene trasmesso per un periodo di tempo, il microcomputer a chip singolo invia il segnale, il sistema spegne il segnale di trasmissione e il contatore inizia a contare per ottenere la sincronizzazione all'inizio; quando arriva l'ultimo impulso del segnale ricevuto, il contatore smette di contare.

Il sistema di telemetro a ultrasuoni bidirezionale è costituito principalmente da diverse parti (come mostrato nella Figura 2): modulo display a LED, chip PIC16F876A, modulo trasmettitore a ultrasuoni, modulo ricevitore a ultrasuoni, modulo di alimentazione e altri cinque moduli.

Figura 2 Diagramma a blocchi generale della progettazione del sistema

1.2 Selezione dello schema

 Poiché il design di questo trasduttore d'aria a ultrasuoni è un circuito digitale-analogico e considerando che la programmazione dell'MCU non è familiare ai membri del team, il debug incontrerà maggiori difficoltà. I circuiti dello schema 1 sono costruiti per le conoscenze apprese e i principi sono relativamente familiari, quindi viene adottato lo schema 1 con circuiti hardware più complicati.

二 Progettazione e realizzazione

Il telemetro a ultrasuoni si basa sulle caratteristiche delle onde ultrasoniche riflesse quando si incontrano ostacoli. Il trasmettitore a ultrasuoni emette onde ultrasoniche in una determinata direzione e inizia a cronometrare contemporaneamente alla trasmissione. Le onde ultrasoniche si propagano nell'aria e ritornano immediatamente quando incontrano ostacoli sul percorso. Il ricevitore a ultrasuoni interrompe e ferma immediatamente il cronometraggio quando vengono ricevute le onde riflesse. Rilevando continuamente gli echi riflessi dagli ostacoli incontrati dopo l'emissione dell'onda generata, viene misurata la differenza di tempo T tra l'onda ultrasonica trasmessa e l'eco ricevuto, quindi si ottiene la distanza L. La formula di base della gamma è: L=(△t/2)*C

dove L è la distanza da misurare

T——l'intervallo di tempo tra l'onda trasmessa e l'onda riflessa

C——La velocità del suono degli ultrasuoni nell'aria, che è 340 m/s a temperatura ambiente

Dopo aver determinato la velocità del suono, è possibile ottenere L purché venga misurato il tempo di andata e ritorno dell'onda ultrasonica.

2.1 Principio della portata ultrasonica

2.1.1 Parte di lancio

Figura 3 Il diagramma della struttura delle emissioni ultrasoniche è composto da due circuiti integrati 555. IC1 (555) costituisce il generatore di segnali a impulsi ultrasonici, la formula di calcolo del ciclo di lavoro è la seguente, ci saranno alcune differenze nel circuito reale dovute a errori come i componenti.

Condizioni: 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 ms

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

IC2 costituisce un generatore di segnale portante ultrasonico. Controllato dal segnale di impulso emesso da IC1, emette un impulso di 1 ms con una frequenza di 40 kHz, un ciclo di lavoro del 50% e un arresto per 64 ms. Calcolato come segue:

Condizioni: 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 = 10μsec

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

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

IC3 (CD4069) compone il circuito di azionamento della testina trasmittente a ultrasuoni.