produksjonsplan for ultralydavstandsmåler

Ultralydavstandsmåleren bruker NE555-krets, totrinns forsterkerkrets og nivåsammenligningskrets for å realisere overføring og mottak av ultralydbølger. Komparatoren er kjerneenheten til avstandsmåleren, som realiserer kontrollen av sendekretsen og behandlingen av de mottatte dataene. Dette systemet har sterk praktisk verdi og gode markedsutsikter.

一 Den overordnede planen

1.1 Alternativer

Løsning 1: Ultralydavstandsmåler bruker diskrete moduler

Systemet inkluderer fem deler: ultralydavstandsmålingsmodul, LED digital displaymodul, styremodul for drivmodul og strømforsyning.

Ultrasonisk avstandsmodulsensor er hovedsakelig sammensatt av sendedel og mottakerdel. Overføringen av en liten ultralydsvinger styres av hovedkontrolleren (som vist i figur 1); ultralydtransduseren resonerer med en frekvens på 40KHz, og modulen har en 40KHz firkantbølgegenererende krets.

Displaymodulen er en 8-sifret segment digital display LCD; måleresultatvisningen bruker en tresifret feltkode, formatet er X poeng XX meter, og en tosifret segmentkode brukes til å vise antall data.

Strømforsyningen vedtar 9V DC strøminngang. Etter spenningsregulatorrøret brukes 5V og 3,3V strømforsyninger til ulike deler av systemet.

Figur 1 Strukturen til ultrasonisk avstandssensor

Skjema 2: Ultralydavstandsmåler basert på PIC16F876A mikrokontroller.

Ultralydavstandsmåleren er hovedsakelig basert på mikrodatamaskinen PIC16F876A med én brikke. Senderen bruker resonansen til den piezoelektriske krystallen for å få den omkringliggende luften til å vibrere for å fungere. Ultralydsenderen sender ut ultralydbølger i en bestemt retning, og starter timing samtidig som ultralydbølgene er i luften. Forplantning, den vil returnere umiddelbart når den møter en hindring på veien, og ultralydmottakeren vil stoppe timingen når den mottar den reflekterte bølgen. Under normale omstendigheter er forplantningshastigheten til ultralydbølger i luften 340m/s. I henhold til tiden t registrert av tidtakeren, kan avstandene mellom utskytningspunktet og hindringen beregnes, det vil si s=340&TImes;t/2, som er vanlig brukt tidsforskjellsmetode for avstandsmåling.

Ved utformingen av tellekretsen for avstand benyttes den relevante tellemetoden. Hovedprinsippet for ultrasonisk transdusersensor er enkeltbrikke-mikrodatamaskinsystemet gir først pulssignaler til senderkretsen under måling, og enkeltbrikketelleren er i ventetilstand og teller ikke; når signalet sendes i en periode, sender enkeltbrikkemikrodatamaskinen signalet som får systemet til å slå av sendesignalet, og telleren begynner å telle for å oppnå synkronisering i begynnelsen; når den siste pulsen til det mottatte signalet kommer, slutter telleren å telle.

Toveis ultralydavstandsmålersystemet består hovedsakelig av flere deler (som vist i figur 2): LED-displaymodul, PIC16F876A-brikke, ultralydsendermodul, ultralydmottakermodul, strømmodul og andre fem moduler.

Figur 2 Overordnet blokkskjema over systemdesign

1.2 Oppleggsvalg

 Siden utformingen av denne ultralydlufttransduseren er digital-analog kretsdesign, og med tanke på at MCU-programmering ikke er kjent for teammedlemmene, vil feilsøking støte på større vanskeligheter. Scheme 1-kretser er bygget for kunnskapen som er lært, og prinsippene er relativt kjente, så skjema 1 med mer kompliserte maskinvarekretser er tatt i bruk.

二 Design og implementering

Ultralydavstandsmåler er basert på egenskapene til ultralydbølger som reflekteres tilbake når de møter hindringer. Ultralydsenderen sender ut ultralydbølger i en bestemt retning, og starter timingen samtidig med overføringen. Ultralydbølgene forplanter seg i luften og returnerer umiddelbart når de møter hindringer på veien. Ultralydmottakeren avbryter umiddelbart og stopper timingen når de reflekterte bølgene mottas. Ved kontinuerlig å detektere ekkoene som reflekteres av hindringer som oppstår etter at den genererte bølgen er sendt ut, måles tidsforskjellen T mellom den utsendte ultralydbølgen og det mottatte ekkoet, og deretter oppnås avstanden L. Den grunnleggende avstandsformelen er: L=(△t/2)*C

der L er avstanden som skal måles

T——tidsintervallet mellom den overførte bølgen og den reflekterte bølgen

C——Lydhastigheten til ultralyd i luften, som er 340m/s ved romtemperatur

Etter at lydhastigheten er bestemt, kan L oppnås så lenge tur-retur-tiden for ultralydbølgen måles.

2.1 Prinsippet for ultralydavstand

2.1.1 Lanseringsdel

Figur 3 Ultrasonisk emisjonsstrukturdiagram er sammensatt av to 555 integrerte kretser. IC1 (555) utgjør ultralydpulssignalgeneratoren, arbeidssyklusberegningsformelen er som følger, det vil være noen forskjeller i den faktiske kretsen på grunn av feil som komponenter.

Forhold: 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 msek

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

IC2 utgjør en ultrasonisk bærersignalgenerator. Kontrollert av pulssignalet som sendes ut av IC1, sender den ut en 1ms puls med en frekvens på 40kHz, en driftssyklus på 50% og et stopp i 64ms. Beregnet som følger:

Forhold: 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 = 10μsek.

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

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

IC3 (CD4069) komponerer den ultrasoniske sendehodets drivkrets.