productieplan van ultrasone afstandsmeter

De ultrasone afstandsmeter maakt gebruik van het NE555-circuit, het tweetrapsversterkercircuit en het niveauvergelijkingscircuit om de transmissie en ontvangst van ultrasone golven te realiseren. De comparator is de kerneenheid van de afstandsmeter, die de besturing van het zendcircuit en de verwerking van de ontvangen gegevens realiseert. Dit systeem heeft een sterke praktische waarde en goede marktvooruitzichten.

一 Het algemene plan

1.1 Alternatieven

Oplossing 1: Ultrasone afstandsmeter maakt gebruik van afzonderlijke modules

Het systeem bestaat uit vijf onderdelen: ultrasone afstandsmeetmodule, digitale LED-displaymodule, aandrijfmodule-besturingsmodule en voeding.

Ultrasone afstandsmodulesensor bestaat hoofdzakelijk uit een zendgedeelte en een ontvanggedeelte. De transmissie van een kleine ultrasone transducer wordt bestuurd door de hoofdcontroller (zoals weergegeven in figuur 1); de ultrasone transducer resoneert met een frequentie van 40 kHz en de module heeft een blokgolfgenererend circuit van 40 kHz.

De weergavemodule is een digitaal LCD-scherm met 8 cijfers; de weergave van de meetresultaten maakt gebruik van een driecijferige veldcode, het formaat is X punten XX meter, en een tweecijferige segmentcode wordt gebruikt om het aantal gegevens weer te geven.

De voeding gebruikt een ingangsvermogen van 9V DC. Na de spanningsregelaarbuis worden 5V- en 3,3V-voedingen gebruikt voor verschillende delen van het systeem.

Figuur 1 De structuur van een ultrasone afstandssensor

Schema 2: Ultrasone afstandsmeter gebaseerd op PIC16F876A microcontroller.

De ultrasone afstandsmeter is voornamelijk gebaseerd op de microcomputer PIC16F876A met één chip. De zender gebruikt de resonantie van het piëzo-elektrische kristal om de omringende lucht aan het trillen te krijgen. De ultrasone zender zendt ultrasone golven uit in een bepaalde richting en begint te timen op hetzelfde moment dat de ultrasone golven in de lucht zijn. Voortplanting, het zal onmiddellijk terugkeren wanneer het onderweg een obstakel tegenkomt, en de ultrasone ontvanger zal stoppen met timen wanneer het de gereflecteerde golf ontvangt. Onder normale omstandigheden bedraagt ​​de voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht 340 m/s. Volgens de tijd t geregistreerd door de timer kunnen de afstanden tussen het lanceerpunt en het obstakel worden berekend, dat wil zeggen s=340&TImes;t/2, wat een algemeen gebruikte tijdsverschilmethode is voor afstandsmeting.

Bij het ontwerp van het bereiktelcircuit wordt de relevante telmethode toegepast. Het belangrijkste principe van de ultrasone transducersensor is dat het microcomputersysteem met één chip eerst tijdens de meting pulssignalen aan het zendercircuit levert, en dat de teller met één chip zich in de wachtstatus bevindt en niet telt; wanneer het signaal gedurende een bepaalde tijd wordt verzonden, verzendt de microcomputer met één chip het signaal, waardoor het systeem het zendsignaal afsluit, en de teller begint te tellen om aan het begin synchronisatie te bereiken; wanneer de laatste puls van het ontvangen signaal arriveert, stopt de teller met tellen.

Het tweeweg ultrasone afstandsmetersysteem bestaat hoofdzakelijk uit verschillende onderdelen (zoals weergegeven in figuur 2): LED-displaymodule, PIC16F876A-chip, ultrasone zendermodule, ultrasone ontvangermodule, voedingsmodule en andere vijf modules.

Figuur 2 Globaal blokdiagram van systeemontwerp

1.2 Schemaselectie

 Omdat het ontwerp van deze ultrasone luchttransducer een digitaal-analoog circuitontwerp is, en gezien het feit dat MCU-programmering niet bekend is bij de teamleden, zal het debuggen grotere problemen tegenkomen. Schema 1-circuits zijn gebouwd voor de geleerde kennis, en de principes zijn relatief bekend, dus schema 1 met meer gecompliceerde hardwarecircuits wordt overgenomen.

二 Ontwerp en implementatie

Ultrasone afstandsmeter is gebaseerd op de kenmerken van ultrasone golven die worden teruggekaatst wanneer ze obstakels tegenkomen. De ultrasone zender zendt ultrasone golven uit in een bepaalde richting en begint tegelijkertijd met de uitzending. De ultrasone golven planten zich voort in de lucht en keren onmiddellijk terug als ze onderweg obstakels tegenkomen. De ultrasone ontvanger onderbreekt onmiddellijk en stopt de timing wanneer de gereflecteerde golven worden ontvangen. Door continu de echo's te detecteren die worden gereflecteerd door obstakels die men tegenkomt nadat de gegenereerde golf is uitgezonden, wordt het tijdsverschil T tussen de uitgezonden ultrasone golf en de ontvangen echo gemeten, en vervolgens wordt de afstand L verkregen. De basisformule voor het bereik is: L=(△t/2)*C

waarbij L de te meten afstand is

T——het tijdsinterval tussen de uitgezonden golf en de gereflecteerde golf

C——De geluidssnelheid van ultrageluid in de lucht, die 340 m/s bedraagt ​​bij kamertemperatuur

Nadat de geluidssnelheid is bepaald, kan L worden verkregen zolang de retourtijd van de ultrasone golf wordt gemeten.

2.1 Principe van ultrasoon bereik

2.1.1 Lanceringsgedeelte

Figuur 3 Het ultrasone emissiestructuurdiagram bestaat uit twee 555 geïntegreerde schakelingen. IC1 (555) vormt de ultrasone pulssignaalgenerator. De berekeningsformule voor de werkcyclus is als volgt. Er zullen enkele verschillen in het daadwerkelijke circuit zijn als gevolg van fouten zoals componenten.

Condities: 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 vormt een ultrasone draaggolfsignaalgenerator. Gecontroleerd door het pulssignaal van IC1, geeft het een puls van 1 ms af met een frequentie van 40 kHz, een duty-cycle van 50% en een stop van 64 ms. Als volgt berekend:

Condities: 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) vormt het ultrasone zendkopaandrijfcircuit.