Cum se proiectează sistemul de măsurare a senzorilor ultrasonici

Traductorul cu ultrasunete este utilizat în principal în domeniul măsurării fără contact. În prezent, sistemul special cu ultrasunete pentru măsurarea distanței este dificil de utilizat pe scară largă în unele aplicații mici și mijlocii din cauza costului ridicat. Odată cu dezvoltarea inteligenței auto, este necesar să se dezvolte noi senzori ultrasonici care să poată măsura distanța cu o precizie mai mare, iar costul este scăzut. Cu toate acestea, datorită cerinței de înaltă precizie, senzorul cu ultrasunete convențional are o structură complicată și nu poate fi ajustat automat în funcție de diferite medii, ceea ce are un cost ridicat și o adaptabilitate slabă. Acest articol prezintă dezvoltarea unui traductor cu telemetru ultrasonic cu afișaj digital de înaltă precizie, cu preț redus, cu microcomputer at89c2051 cu un singur cip ca nucleu. Deoarece acest senzor cu ultrasunete poate testa temperatura ambientală și se poate regla singur, performanța costurilor este mai bună decât unele produse similare existente. Acest senzor cu ultrasunete poate fi utilizat în intervalul de temperatură de la 0 ℃ ~ 40 ℃, variind de la 0,1 m până la 0,3 m, cu o precizie de 1 mm, astfel încât poate fi utilizat în unele ocazii speciale, cum ar fi parcare cu autoservire, suspensie inteligentă și reglarea farurilor etc.

Design hardware al traductorului de măsurare a distanței cu ultrasunete

Principiul de funcționare al traductorului cu ultrasunete din oțel inoxidabil este prezentat în Figura 1. Sistemul constă din microcomputer AT89C2051 cu un singur cip, transmisie ultrasonică, circuit amplificator de recepție, circuit de achiziție a temperaturii ambientale și circuit de afișare. AT89C205l MCU este componenta de bază a întregului sistem, coordonând activitatea fiecărei componente. Sursa de oscilație controlată de microcomputerul cu un singur cip generează un semnal de frecvență de 40 kHz pentru a conduce senzorul ultrasonic. Fiecare transmisie conține 10 impulsuri. După ce primul impuls ultrasonic este transmis, contorul începe să numere. În momentul în care este detectat primul impuls de ecou, ​​contorul oprește contorizarea, astfel încât să se poată obține timpul △ t de la transmisie la recepție; circuitul de achiziție a temperaturii trimite, de asemenea, colectarea datelor despre temperatura ambiantă către microcomputerul cu un singur cip pentru a furniza corecția vitezei de propagare a ultrasunetelor atunci când se calculează distanța. În cele din urmă, computerul cu un singur cip folosește formula pentru a calcula distanța de măsurare, care este afișată pe afișaj. Porturile seriale RXD și TXD ale microcomputerului cu un singur cip sunt conectate, respectiv, la RXD și TXD ale circuitului de afișare pentru a forma un circuit de afișare static serial; temporizatorul / contorul T0 este conectat la ieșirea convertorului V / F pentru a realiza funcția de achiziție a frecvenței; P1. 7 Conectat la capătul de control al multivibratorului CMOS, prin software pentru a face ieșirea portului P1.7 la nivel ridicat sau scăzut, controlând astfel transmisia undelor ultrasonice; P1.6 este controlat de o diodă de comutare IN4l48 și circuitul de generare a tensiunii de referință a terminalului comparator LM324 este conectat, setați P1.6 la „1” atunci când transmiteți unde ultrasonice, nivelul de ieșire poate suprima răsturnarea comparatorului, ceea ce poate suprima în mod eficient undele ultrasonice emise de transmițător să radieze direct la receptor și să provoace radiația eronată către receptor; după încheierea transmisiei, P1.6 este setat la „0”, în acest moment, prin scanarea P1.2 121 conectată la ieșirea comparatorului, în funcție de starea de intrare a portului P1.2 pentru a determina dacă ecoul este recepționat. Emisia ultrasonică și circuitul de conducere sunt produse de oscilatorul RC compus din CD4011, iar senzorul de temperatură adoptă AD590.

Măsurarea timpului

Perioada semnalului ultrasonic utilizat în măsurarea timpului este de 25 μs, dar este necesară o sursă de semnal ultrasonic echivalentă cu o lungime de undă de aproximativ 9 mm la 20 ° C. Pentru a asigura acuratețea, este necesar un detector de lungime de undă. Sursa de semnal ultrasonic este compusă dintr-un generator de semnal și un circuit detector de trecere prin zero. Generatorul de semnal arbitrar constă dintr-o EPROM de 16 Kbyte care poate stoca forme de undă arbitrare, un contor de 16 biți pentru scanarea EPROM și un DAC. Detectorul de trecere cu zero constă dintr-un detector de valoare de prag. Valoarea de prag a detectorului este o parte a valorii de vârf a semnalului primit, astfel încât detectorul să poată compara semnalul recepționat în funcție de potențialul zero de referință. Acest lucru permite ca semnalul din zona semnalului să fie detectat în cea mai mare măsură, minimizând astfel interferența de zgomot.

Rezultatul optim depinde în principal de amplitudinea ecoului selectat. Cu cât ecoul este mai scăzut, cu atât amplitudinea este mai mică și posibilitatea de interferență a unei amplitudini a zgomotului asociată este mai mică. Cel mai bun semnal de utilizat în orice condiții depinde de cantitatea reală de zgomot. Senzorul cu ultrasunete are și un sistem simplu de măsurare a zgomotului. Sistemul poate estima zgomotul real prin monitorizarea semnalului de intrare în timpul fazei fără ecou. Ieșirea acestui sistem de măsurare a zgomotului poate fi convertită în condiții de zgomot scăzut, mediu și ridicat.

Senzor de temperatură și compensare automată a erorilor

Temperatura aerului este detectată de un senzor de temperatură și procesată de circuit. Este instalat în sondă, eroarea nu depășește 1 ℃. Compensarea automată a erorii poate fi derivată din circuitul analog simplu prezentat în Figura 2. V este proporțională cu distanța măsurată.

Idei de proiectare software
Deoarece senzorul de transmisie cu ultrasunete este foarte aproape de senzorul de recepție cu ultrasunete, atunci când transmite unde ultrasonice, senzorul cu ultrasunete de recepție va primi un semnal de interferență puternic. Pentru a preveni detectarea greșită a sistemului, tehnologia de recepție cu întârziere este adoptată în software pentru a îmbunătăți capacitatea anti-interferență a sistemului. Când butonul de pornire este apăsat, este trimisă comanda de transmitere a undelor ultrasonice, iar sistemul de control începe să execute programul pentru a finaliza colectarea temperaturii; se măsoară intervalul de timp de transmitere și recepție a undelor ultrasonice; în cele din urmă, distanța măsurată este calculată de programul de procesare numerică și trimisă pe afișaj pentru afișare. Software-ul sistemului adoptă un design modular, care este compus din module principale, cum ar fi programul principal, subprogramul de măsurare a distanței, subprogramul de măsurare a temperaturii și subprogramul de afișare. Diagrama bloc a programului principal este prezentată în .