Detaljerad översikt över principen för ultraljudsavståndssensor och kretsdesignen för ultraljudsavståndsgivaren

På grund av den starka riktningen hos ultraljudsvågor, långsam energiförbrukning och långa avstånd i mediet används ultraljudsvågor ofta för avståndsmätning. Till exempel kan ultraljudsavståndsmätare och nivåmätningsinstrument realiseras med ultraljudsvågor. Ultraljudstestning är ofta snabb, bekväm, enkel att beräkna, lätt att uppnå realtidskontroll och kan uppfylla industriella praktiska krav när det gäller mätnoggrannhet, så det har också använts flitigt i utvecklingen av mobila robotar. För att en mobil robot automatiskt ska kunna undvika hinder och gå måste den vara utrustad med ett avståndsmätningssystem så att den kan få avståndsinformationen (avstånd och riktning) från hindret i tid. Det treriktade (fram, vänster och höger) ultraljudsavståndsmätningssystemet som introduceras i den här artikeln är att ge en rörelseavståndsinformation för roboten att förstå dess främre, vänstra och högra miljö.

För det andra, principen om ultraljudsavståndsgivare

1. Ultraljudsgenerator

För att studera och använda ultraljud har många ultraljudsgeneratorer designats och tillverkats. Generellt sett kan ultraljudsgeneratorer delas in i två kategorier: den ena är att generera ultraljudsvågor elektriskt och den andra är att generera ultraljudsvågor mekaniskt. Elektriska metoder inkluderar piezoelektriska, magnetostriktiva och elektriska, etc.; mekaniska metoder inkluderar flöjt, flytande visselpipa och luftvissel. Frekvensen, kraften och ljudegenskaperna hos de ultraljudsvågor de producerar är olika, så deras användningsområden är också olika. För närvarande används den piezoelektriska ultraljudsgeneratorn mer allmänt.

2. Principen för piezoelektrisk ultraljudsgenerator

Den piezoelektriska ultraljudsgeneratorn använder faktiskt resonansen från en piezoelektrisk kristall för att fungera. Den interna strukturen hos ultraljudsgeneratorn visas. Den har två piezoelektriska skivor och en resonansplatta. När en pulssignal appliceras på dess två poler, vars frekvens är lika med den piezoelektriska skivans naturliga oscillationsfrekvens, kommer den piezoelektriska skivan att resonera och driva resonansplattan att vibrera för att generera ultraljudsvågor. Tvärtom, om ingen spänning appliceras mellan de två elektroderna, när resonansplattan tar emot ultraljudsvågor, kommer den att trycka på det piezoelektriska chippet för att vibrera och omvandla den mekaniska energin till elektriska signaler, och sedan blir den en ultraljudsmottagare.

3. Principen om ultraljudsgivare för avståndsmätning

Ultraljudssändaren sänder ut ultraljudsvågor i en viss riktning och börjar tajma samtidigt som starttiden. Ultraljudsvågorna fortplantar sig i luften och återkommer omedelbart när de stöter på hinder på vägen. Ultraljudsmottagaren slutar tajmingen omedelbart efter att ha tagit emot de reflekterade vågorna. Utbredningshastigheten för ultraljudsvågen i luften är 340m/s. Enligt tiden t som registreras av timern kan avståndet mellan startpunkten och hindret (s) beräknas, nämligen: s=340t/2

Figur 1 Ultraljudssensorstruktur

Detta är den så kallade tidsskillnadsmetoden.

För det tredje, kretsdesignen för ultraljudsavståndsgivaren

Karakteristiken för detta system är användningen av en mikrodator med ett chip för att styra sändningen av ultraljudsvågor och tidpunkten för ultraljudsvågornas tur och retur från sändning till mottagning. Valet av ett chip är ekonomiskt och lätt att använda, och det finns en 4K ROM on-chip för enkel programmering. Kretsschemat visas. Endast kopplingsschemat för den främre avståndskretsen ritas, och de vänstra och högra avståndskretsarna är desamma som den främre avståndskretsen.

1. 40kHz pulsgenerering och ultraljudsemission

Ultraljudssensorn i avståndsmätningssystemet antar den piezoelektriska keramiska sensorn från UCM40, och dess arbetsspänning är en pulssignal på 40 kHz, som genereras av enkelchipsdatorn som kör följande program.

Ingångsterminalen på den främre avståndskretsen är ansluten till P1.0-porten på mikrodatorn med ett chip. Efter att enchipsmikrodatorn kört ovanstående program, matar den ut en 40 kHz pulssignal vid P1.0-porten, som förstärks av transistorn T, driver ultraljudssändaren UCM40T och sänder ut 40 kHz pulsade ultraljudsvågor. Och fortsätt att sända 200ms. Ingångsändarna på den högra och vänstra avståndskretsen är anslutna till P1.1- respektive P1.2-portarna, och arbetsprincipen är densamma som för den främre avståndskretsen.

2. Ultraljudsmottagning och bearbetning

Mottagningshuvudet använder UCM40R parat med sändningshuvudet, ultraljudsgivaren omvandlar den ultraljudsmodulerade pulsen till en växelspänningssignal, som förstärks av operationsförstärkarna IC1A och IC1B och läggs sedan till IC2. IC2 är ett integrerat ljudavkodningsblock LM567 med låst slinga. Den interna spänningsstyrda oscillatorns mittfrekvens är f0=1/1.1R8C3, och kondensatorn C4 bestämmer dess låsningsbandbredd. Justering av R8 på den sändande bärvågsfrekvensen, är LM567-ingångssignalen större än 25mV, och utgångsstiftet 8 ändras från hög nivå till låg nivå, som används som en avbrottsbegäransignal och skickas till mikrokontrollern för bearbetning.

Utgångsterminalen på den främre avståndskretsen är ansluten till MCU INT0-porten, avbrottsprioriteten är den högsta, utgången från den vänstra och högra avståndskretsen är ansluten till MCU INT1-porten genom utgången på AND-grinden IC3A, medan MCU P1.3 och P1.4 är anslutna till ingången på IC3A. I slutet hanteras avbrottskällan av avbrott och avbrottskällan av avbrottet och avbrottet. prioritet är höger först och sedan vänster.