Nieuws

U bent hier: Thuis / Nieuws / Informatie over ultrasone transducers / Hoe u het ultrasone sensorbereiksysteem ontwerpt

Hoe het ultrasone sensorbereiksysteem te ontwerpen

Aantal keren bekeken: 1 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 29-05-2020 Herkomst: Locatie

Informeer

Ultrasone afstandsmeter wordt voornamelijk gebruikt op het gebied van contactloze metingen. Momenteel is het vanwege de hoge kosten moeilijk om het speciale ultrasone systeem voor afstandsmeting op grote schaal te gebruiken in sommige kleine en middelgrote toepassingen. Met de ontwikkeling van auto-intelligentie is het noodzakelijk om nieuwe ultrasone sensoren te ontwikkelen die afstanden met een grotere nauwkeurigheid kunnen meten, en de kosten zijn laag. Vanwege de eis van hoge nauwkeurigheid heeft de conventionele ultrasone sensor echter een gecompliceerde structuur en kan deze niet automatisch worden aangepast aan verschillende omgevingen, wat hoge kosten en een slecht aanpassingsvermogen met zich meebrengt. Dit artikel introduceert de ontwikkeling van een goedkope, uiterst nauwkeurige ultrasone meetzoekertransducer met digitaal display en een at89c2051-microcomputer met één chip als kern. Omdat deze ultrasone sensor de omgevingstemperatuur kan testen en zichzelf kan aanpassen, zijn de kostenprestaties beter dan die van sommige bestaande vergelijkbare producten. Deze ultrasone sensor kan worden gebruikt in het temperatuurbereik van 0 ℃ ~ 40 ℃, variërend van 0,1 m tot 0,3 m, met een nauwkeurigheid van 1 mm, zodat hij kan worden gebruikt bij speciale gelegenheden, zoals zelfbedieningsparkeren, slimme vering en aanpassing van de koplampen, enz.

Hardwareontwerp van ultrasone afstandsmeettransducer

Het werkingsprincipe van de roestvrijstalen ultrasone transducer wordt weergegeven in figuur 1. Het systeem bestaat uit een AT89C2051 microcomputer met één chip, ultrasone transmissie, een ontvangend versterkercircuit, een circuit voor het verkrijgen van de omgevingstemperatuur en een displaycircuit. AT89C205l MCU is het kernonderdeel van het hele systeem en coördineert het werk van elk onderdeel. De oscillatiebron die wordt bestuurd door de microcomputer met één chip genereert een frequentiesignaal van 40 kHz om de ultrasone sensor aan te sturen. Elke transmissie bevat 10 pulsen. Nadat de eerste ultrasone puls is uitgezonden, begint de teller met tellen. Op het moment dat de eerste echopuls wordt gedetecteerd, stopt de teller met tellen, zodat de tijd △ t tussen zenden en ontvangen kan worden verkregen; het temperatuuracquisitiecircuit stuurt ook de gegevensverzameling van de omgevingstemperatuur naar de microcomputer met één chip om de correctie van de ultrasone voortplantingssnelheid te bieden bij het berekenen van de afstand. Ten slotte gebruikt de computer met één chip de formule om de meetafstand te berekenen, die op het display wordt weergegeven. De seriële poorten RXD en TXD van de microcomputer met enkele chip zijn respectievelijk verbonden met de RXD en TXD van het weergavecircuit om een serieel statisch weergavecircuit te vormen; de timer / teller TO is verbonden met de uitgang van de V / F-omzetter om de frequentie-acquisitiefunctie te realiseren; P1. 7 Verbonden met het besturingseinde van de CMOS-multivibrator, via software om de P1.7-poort een hoog of laag uitgangsniveau te geven, waardoor de transmissie van ultrasone golven wordt geregeld; P1.6 wordt bestuurd door een schakeldiode IN4l48 en het circuit voor het genereren van referentiespanning van de comparator LM324 Terminal is aangesloten, stel P1.6 in op '1' bij het verzenden van ultrasone golven, het uitgangsniveau kan het omdraaien van de comparator onderdrukken, wat effectief de ultrasone golven kan onderdrukken die door de zender worden uitgezonden om rechtstreeks naar de ontvanger te stralen en foutieve detectie te veroorzaken; na het einde van de transmissie wordt P1.6 op dit moment ingesteld op '0', door de P1.2 121 te scannen die is aangesloten op de uitgang van de comparator, afhankelijk van de ingangsstatus van de P1.2-poort om te bepalen of de echo wordt ontvangen. Het ultrasone emissie- en aandrijfcircuit wordt geproduceerd door de RC-oscillator bestaande uit CD4011, en de temperatuursensor gebruikt AD590.

Tijdmeting

De periode van het ultrasone signaal dat bij de tijdmeting wordt gebruikt, is 25 μs, maar er is een ultrasone signaalbron nodig die equivalent is aan een golflengte van ongeveer 9 mm bij 20 ° C. Om de nauwkeurigheid te garanderen, is een golflengtedetector vereist. De ultrasone signaalbron bestaat uit een signaalgenerator en een nuldoorgangsdetectorcircuit. De willekeurige signaalgenerator bestaat uit een EPROM van 16 KB die willekeurige golfvormen kan opslaan, een 16-bits teller voor het scannen van EPROM, en een DAC. De nuldoorgangsdetector bestaat uit een drempelwaardedetector. De drempelwaarde van de detector maakt deel uit van de piekwaarde van het ontvangen signaal, zodat de detector het ontvangen signaal kan vergelijken volgens de referentie-nulpotentiaal. Hierdoor kan het signaal in het signaalgebied maximaal worden gedetecteerd, waardoor ruisinterferentie wordt geminimaliseerd.

Het in de EPROM opgeslagen excitatiesignaal moet ontworpen zijn om echo's te ontvangen die laag genoeg zijn om te voorkomen dat de eerste drempelontvanger verschillende cycli verstoort. Deze speciale signalen worden verwerkt door een beperkt optimalisatieprogramma, dat voornamelijk bedoeld is om de energie van de echo te minimaliseren om de piekwaarde van de echo tot een vaste waarde te beperken. Het meest geschikte stuursignaal X(f) waarmee de laagste echo Y(f) met een vaste amplitude kan worden ontvangen, kan worden verkregen door de volgende vergelijking op te lossen.

Het optimale resultaat hangt vooral af van de amplitude van de geselecteerde echo. Hoe lager de echo, hoe lager de amplitude en hoe kleiner de kans op interferentie door een gerelateerde ruisamplitude. Het beste signaal dat u onder alle omstandigheden kunt gebruiken, hangt af van de werkelijke hoeveelheid ruis. De ultrasoonsensor beschikt bovendien over een eenvoudig geluidsmeetsysteem. Het systeem kan de daadwerkelijke ruis schatten door het ingangssignaal tijdens de echovrije fase te monitoren. De output van dit geluidsmeetsysteem kan worden omgezet onder omstandigheden met laag, gemiddeld en hoog geluid.

Bovendien hangt de amplitude van de ultrasone transducer met kort bereik voornamelijk af van het reflectievermogen en de afstand tot de grond. Deze effecten kunnen worden geminimaliseerd door een versterker met automatische versterkingsregeling in het ontvangstcircuit. Daarom kan de echoamplitude op een vaste waarde worden gehouden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de vaste drempelwaarde in de eerste detector. De uitgang van de nuldoorgangsdetector kan worden gebruikt om een buffer aan te sturen (de telleruitgang kan worden vergrendeld binnen de tijd dat de echo arriveert). Als er geen nieuwe echo wordt gedetecteerd, wordt de uitvoer van de buffer niet bijgewerkt. Dit voorkomt zinloze metingen. De gebufferde waarde is gebaseerd op de voortplantingstijd en een bekende vaste waarde Na (deze waarde wordt bepaald door de opslag ervan in EPROM en het drempelniveau van de eerste detector). De systeemklok is 8 MHz, dus de periode is 125 ns. Wanneer een afstand groter is dan 1 meter, bedraagt de maximale meettijd ongeveer 8 ms. Een multiharmonische oscillator van 50 Hz levert elke 20 ms een tellerstand.

Temperatuursensor en automatische foutcompensatie

De luchttemperatuur wordt gedetecteerd door een temperatuursensor en verwerkt door het circuit. Het wordt in de sonde geïnstalleerd, de fout bedraagt niet meer dan 1 ℃. De automatische compensatie van de fout kan worden afgeleid uit het eenvoudige analoge circuit dat wordt weergegeven in figuur 2. V is evenredig met de gemeten afstand.

Ideeën voor softwareontwerp
Omdat de ultrasone zendsensor zich zeer dicht bij de ultrasone ontvangstsensor bevindt, zal de ontvangende ultrasone sensor bij het verzenden van ultrasone golven een sterk interferentiesignaal ontvangen. Om te voorkomen dat het systeem verkeerd wordt gedetecteerd, wordt in de software vertragingsontvangsttechnologie toegepast om het anti-interferentievermogen van het systeem te verbeteren. Wanneer de startknop wordt ingedrukt, wordt het commando voor het verzenden van ultrasone golven verzonden en begint het besturingssysteem het programma uit te voeren om de temperatuurverzameling te voltooien; het tijdsinterval van het verzenden en ontvangen van ultrasone golven wordt gemeten; ten slotte wordt de gemeten afstand berekend door het numerieke verwerkingsprogramma en ter weergave naar het display gestuurd. De systeemsoftware heeft een modulair ontwerp, dat is samengesteld uit hoofdmodules zoals een hoofdprogramma, een subprogramma voor afstandsmeting, een subprogramma voor temperatuurmeting en een subprogramma voor weergave. Het hoofdprogrammablokdiagram wordt weergegeven in .

Testresultaten
Dit systeem wordt gebruikt voor contactloze afstandsmeting met ultrasone transducerafstand. Toen twee objecten 0,1 m ~ 0,3 m uit elkaar lagen en de omgevingstemperatuur veranderde van 0 ℃ ~ 40 ℃, werd de daadwerkelijke test uitgevoerd. Omdat het systeem een temperatuurcorrectiesysteem en softwarecompensatietechnologie toevoegde, werd de meetnauwkeurigheid van het systeem aanzienlijk verbeterd. De daadwerkelijke test bewijst dat de meetnauwkeurigheid van het systeem na correctie ± 0,01 m kan bereiken.