Hvordan designe ultralydsensorens avstandssystem

Ultralydavstandstransduser brukes hovedsakelig innen berøringsfri måling. For tiden er det spesielle ultralydsystemet for avstandsmåling vanskelig å bli mye brukt i noen små og mellomstore applikasjoner på grunn av de høye kostnadene. Med utviklingen av bilintelligens er det nødvendig å utvikle nye ultralydsensorer som kan måle avstand med høyere nøyaktighet, og kostnadene er lave. På grunn av kravet om høy presisjon har imidlertid den konvensjonelle ultralydsensoren en komplisert struktur og kan ikke justeres automatisk i henhold til forskjellige miljøer, noe som har høye kostnader og dårlig tilpasningsevne. Denne artikkelen introduserer utviklingen av en lavpris, høypresisjon digital skjerm ultralyd avstandsmåler transduser med at89c2051 enkeltbrikke mikrodatamaskin som kjernen. Fordi denne ultralydsensoren kan teste omgivelsestemperaturen og justere seg selv, er kostnadsytelsen bedre enn noen eksisterende lignende produkter. Denne ultralydsensoren kan brukes i temperaturområdet 0 ℃ ~ 40 ℃, fra 0,1 m til 0,3 m, med en nøyaktighet på 1 mm, slik at den kan brukes i noen spesielle anledninger, for eksempel selvbetjent parkering, smart fjæring og frontlysjustering, etc.

Maskinvaredesign av transduser for ultralydavstandsmåling

Arbeidsprinsippet for ultralydsvinger i rustfritt stål er vist i figur 1. Systemet består av AT89C2051 enkeltbrikke mikrodatamaskin, ultralydoverføring, mottaksforsterkerkrets, omgivelsestemperaturinnsamlingskrets og displaykrets. AT89C205l MCU er kjernekomponenten i hele systemet, og koordinerer arbeidet til hver komponent. Oscillasjonskilden kontrollert av mikrodatamaskinen med én brikke genererer et frekvenssignal på 40 kHz for å drive ultralydsensoren. Hver overføring inneholder 10 pulser. Etter at den første ultralydpulsen er overført, begynner telleren å telle. I det øyeblikket den første ekkopulsen detekteres, stopper telleren tellingen, slik at tiden △ t fra sending til mottak kan oppnås; temperaturinnsamlingskretsen sender også innsamlingen av omgivelsestemperaturdata til enkeltbrikke-mikrodatamaskinen for å gi korreksjon av ultralydspredningshastigheten når avstanden beregnes. Til slutt bruker enkeltbrikkedatamaskinen formelen for å beregne måleavstanden, som vises på skjermen. Serieportene RXD og TXD til enkeltbrikkemikrodatamaskinen er henholdsvis koblet til RXD og TXD til displaykretsen for å danne en seriell statisk displaykrets; timeren / telleren T0 er koblet til utgangen til V / F-omformeren for å realisere frekvensinnsamlingsfunksjonen; P1. 7 Koblet til kontrollenden av CMOS-multivibratoren, gjennom programvare for å gjøre P1.7-portens utgang høyt eller lavt nivå, og dermed kontrollere overføringen av ultralydbølger; P1.6 styres av en svitsjdiode IN4l48 og referansespenningsgenereringskretsen til komparatoren LM324 Terminal er tilkoblet, sett P1.6 til '1' ved overføring av ultralydbølger, utgangsnivået kan undertrykke vendingen av komparatoren, som effektivt kan undertrykke ultralydbølgene som sendes ut av senderen til direkte senderen og utstråler til senderen; etter slutten av overføringen settes P1.6 til '0', på dette tidspunktet, ved å skanne P1.2 121 koblet til utgangen på komparatoren, i henhold til inngangstilstanden til P1.2-porten for å bestemme om ekkoet mottas. Ultralydutslippet og drivkretsen produseres av RC-oscillatoren som består av CD4011, og temperatursensoren bruker AD590.

Tidsmåling

Perioden for ultralydsignalet som brukes i tidsmålingen er 25 μs, men det kreves en ultralydsignalkilde tilsvarende en bølgelengde på ca. 9 mm ved 20 °C. For å sikre nøyaktighet er det nødvendig med en bølgelengdedetektor. Ultralydsignalkilden er sammensatt av en signalgenerator og en nullkryssdetektorkrets. Den vilkårlige signalgeneratoren består av en 16Kbyte EPROM som kan lagre vilkårlige bølgeformer, en 16-bit teller for skanning av EPROM og en DAC. Nullkryssingsdetektoren består av en terskelverdidetektor. Terskelverdien til detektoren er en del av toppverdien til det mottatte signalet, slik at detektoren kan sammenligne det mottatte signalet i henhold til referansenullpotensialet. Dette gjør at signalet i signalområdet kan detekteres i størst grad, og dermed minimeres støyinterferens.

Det optimale resultatet avhenger hovedsakelig av amplituden til det valgte ekkoet. Jo lavere ekko, jo lavere amplitude, og jo lavere er muligheten for interferens fra en relatert støyamplitude. Det beste signalet å bruke under alle forhold avhenger av den faktiske mengden støy. Ultralydsensoren har også et enkelt støymålesystem. Systemet kan estimere den faktiske støyen ved å overvåke inngangssignalet under den ekkofrie fasen. Utgangen til dette støymålesystemet kan konverteres under forhold med lav, middels og høy støy.

Temperaturføler og automatisk feilkompensering

Lufttemperaturen registreres av en temperatursensor og behandles av kretsen. Den er installert i sonden, feilen overstiger ikke 1 ℃. Den automatiske kompensasjonen av feilen kan utledes fra den enkle analoge kretsen vist i figur 2. V er proporsjonal med den målte avstanden.

Programvaredesignideer
Fordi den ultralydsende sensoren er veldig nær den ultralydmottakende sensoren, vil den mottakende ultralydsensoren motta et sterkt interferenssignal ved overføring av ultralydbølger. For å forhindre at systemet feiloppdages, er teknologien for forsinkelsesmottak tatt i bruk i programvaren for å forbedre systemets anti-interferensevne. Når startknappen trykkes, sendes kommandoen for å overføre ultralydbølger, og kontrollsystemet begynner å utføre programmet for å fullføre temperaturinnsamlingen; tidsintervallet for sending og mottak av ultralydbølger måles; til slutt beregnes den målte avstanden av det numeriske behandlingsprogrammet og sendes til displayet for visning. Systemprogramvaren vedtar modulær design, som er sammensatt av hovedmoduler som hovedprogram, underprogram for avstandsmåling, underprogram for temperaturmåling og visningsunderprogram. Hovedprogramblokkdiagrammet er vist i .