planul de producție al telemetrului cu ultrasunete

Telemetrul cu ultrasunete adoptă circuitul NE555, circuitul amplificator în două trepte și circuitul de comparare a nivelului pentru a realiza transmisia și recepția undelor ultrasonice. Comparatorul este unitatea centrală a telemetrului, care realizează controlul circuitului de transmisie și procesarea datelor primite. Acest sistem are o valoare practică puternică și perspective bune de piață.

一 Planul general

1.1 Alternative

Soluția 1: telemetrul cu ultrasunete folosește module discrete

Sistemul include cinci părți: modul de măsurare a distanței cu ultrasunete, modul de afișare digitală LED, modul de control al modulului de acționare și sursă de alimentare.

Senzorul modulului cu ultrasunete este compus în principal din partea de transmisie și partea de recepție. Transmisia unui traductor ultrasonic mic este controlată de controlerul principal (așa cum se arată în Figura 1); traductorul ultrasonic rezonează la o frecvență de 40KHz, iar modulul are un circuit generator de unde pătrate de 40KHz.

Modulul de afișare este un afișaj digital LCD cu segmente de 8 cifre; Afișarea rezultatului măsurătorii folosește un cod de câmp din trei cifre, formatul este X puncte XX metri și un cod de segment din două cifre este utilizat pentru a afișa numărul de date.

Sursa de alimentare adoptă o intrare de alimentare de 9V DC. După tubul regulator de tensiune, sursele de alimentare de 5V și 3,3V sunt utilizate pentru diferite părți ale sistemului.

Figura 1 Structura senzorului cu ultrasunete

Schema 2: Contor de distanță cu ultrasunete bazat pe microcontrolerul PIC16F876A.

Telemetrul cu ultrasunete se bazează în principal pe microcomputerul cu un singur cip PIC16F876A. Transmițătorul său folosește rezonanța cristalului piezoelectric pentru a conduce aerul din jur să vibreze pentru a funcționa. Emițătorul cu ultrasunete emite unde ultrasonice într-o anumită direcție și începe cronometrarea în același timp cu undele ultrasonice sunt în aer. Propagare, se va întoarce imediat când întâlnește un obstacol pe drum, iar receptorul cu ultrasunete va opri cronometrarea când primește unda reflectată. În condiții normale, viteza de propagare a undelor ultrasonice în aer este de 340 m/s. În funcție de timpul t înregistrat de cronometru, distanțele dintre punctul de lansare și obstacol pot fi calculate, adică s=340&TImes;t/2, care este metoda de diferență de timp folosită în mod obișnuit pentru măsurarea distanței.

În proiectarea circuitului de numărare a distanței, este adoptată metoda de numărare relevantă. Principiul principal al senzorului transductor ultrasonic este sistemul de microcomputer cu un singur cip care furnizează mai întâi semnale de impuls circuitului transmițător în timpul măsurării, iar contorul cu un singur cip este în starea de așteptare și nu contează; când semnalul este transmis pentru o perioadă de timp, microcomputerul cu un singur cip trimite semnalul determină sistemul să închidă semnalul de transmisie, iar contorul începe să numere pentru a realiza sincronizarea la început; când sosește ultimul impuls al semnalului primit, contorul nu mai numără.

Sistemul de telemetru cu ultrasunete bidirecțional constă în principal din mai multe părți (așa cum se arată în Figura 2): modul de afișare cu LED, cip PIC16F876A, modul transmițător ultrasonic, modul receptor ultrasonic, modul de alimentare și alte cinci module.

Figura 2 Schema bloc generală a proiectării sistemului

1.2 Selectarea schemei

 Deoarece designul acestui traductor cu ultrasunete este un circuit digital-analogic și având în vedere că programarea MCU nu este familiară membrilor echipei, depanarea va întâmpina dificultăți mai mari. Circuitele din schema 1 sunt construite pentru cunoștințele învățate, iar principiile sunt relativ familiare, așa că se adoptă schema 1 cu circuite hardware mai complicate.

二 Proiectare și implementare

Telemetrul cu ultrasunete se bazează pe caracteristicile undelor ultrasonice reflectate înapoi atunci când întâlnesc obstacole. Emițătorul ultrasonic emite unde ultrasonice într-o anumită direcție și începe cronometrarea în același timp cu transmisia. Undele ultrasonice se propagă în aer și revin imediat când întâlnesc obstacole pe drum. Receptorul cu ultrasunete întrerupe imediat și oprește cronometrarea atunci când sunt recepționate undele reflectate. Prin detectarea continuă a ecourilor reflectate de obstacolele întâlnite după emiterea undei generate, se măsoară diferența de timp T dintre unda ultrasonică transmisă și ecoul recepționat, iar apoi se obține distanța L. Formula de bază este: L=(△t/2)*C

unde L este distanța de măsurat

T——intervalul de timp dintre unda transmisă și unda reflectată

C——Viteza sunetului a ultrasunetelor în aer, care este de 340 m/s la temperatura camerei

După ce viteza sunetului este determinată, L poate fi obținut atâta timp cât se măsoară timpul dus-întors al undei ultrasonice.

2.1 Principiul de măsurare cu ultrasunete

2.1.1 Lansare partea

Figura 3 Diagrama structurii emisiilor de ultrasunete este compusă din două 555 de circuite integrate. IC1 (555) constituie generatorul de semnal de impuls ultrasonic, formula de calcul al ciclului de lucru este următoarea, vor exista unele diferențe în circuitul real din cauza erorilor, cum ar fi componentele.

Condiții: 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 ms

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

IC2 constituie un generator de semnal purtător ultrasonic. Controlat de semnalul de impuls ieșit de IC1, emite un impuls de 1 ms cu o frecvență de 40 kHz, un ciclu de lucru de 50% și o oprire pentru 64 ms. Se calculează după cum urmează:

Condiții: 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 = 10μs

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

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

IC3 (CD4069) alcătuiește circuitul de comandă al capului de transmisie ultrasonică.