Hur man designar ultraljudssensorns avståndssystem

Ultraljudsavståndsgivare används främst inom området för beröringsfri mätning. För närvarande är det speciella ultraljudssystemet för avståndsmätning svårt att användas allmänt i vissa små och medelstora applikationer på grund av den höga kostnaden. Med utvecklingen av bilintelligens är det nödvändigt att utveckla nya ultraljudssensorer som kan mäta avstånd med högre noggrannhet, och kostnaden är låg. Men på grund av kravet på hög precision har den konventionella ultraljudssensorn en komplicerad struktur och kan inte justeras automatiskt efter olika miljöer, vilket har höga kostnader och dålig anpassningsförmåga. Den här artikeln introducerar utvecklingen av en låg kostnad, högprecision digital display ultraljudsavståndsmätare med at89c2051 enkelchips mikrodator som kärnan. Eftersom denna ultraljudssensor kan testa omgivningstemperaturen och justera sig själv, är kostnadsprestandan bättre än vissa befintliga liknande produkter. Denna ultraljudssensor kan användas i temperaturområdet 0 ℃ ~ 40 ℃, från 0,1 m till 0,3 m, med en noggrannhet på 1 mm, så den kan användas vid vissa speciella tillfällen, såsom självbetjäningsparkering, smart fjädring och justering av strålkastare, etc.

Hårdvarudesign av ultraljudsavståndsmätare

Arbetsprincipen för ultraljudsgivare av rostfritt stål visas i figur 1. Systemet består av AT89C2051 enkelchips mikrodator, ultraljudsöverföring, mottagningsförstärkarkrets, krets för insamling av omgivningstemperatur och displaykrets. AT89C205l MCU är kärnkomponenten i hela systemet, och koordinerar arbetet för varje komponent. Oscillationskällan som styrs av mikrodatorn med ett chip genererar en frekvenssignal på 40 kHz för att driva ultraljudssensorn. Varje sändning innehåller 10 pulser. Efter att den första ultraljudspulsen har sänts, börjar räknaren att räkna. I det ögonblick då den första ekopulsen detekteras, stoppar räknaren räkningen, så att tiden △t från sändning till mottagning kan erhållas; temperaturinsamlingskretsen skickar också insamlingen av omgivningstemperaturdata till mikrodatorn med ett chip för att tillhandahålla korrigering av ultraljudsutbredningshastigheten när avståndet beräknas. Slutligen använder enkelchipsdatorn formeln för att beräkna mätavståndet, som visas på displayen. Serieportarna RXD och TXD hos mikrodatorn med en chip är anslutna till RXD respektive TXD hos displaykretsen för att bilda en seriell statisk displaykrets; timern/räknaren TO är ansluten till utgången på V/F-omvandlaren för att realisera frekvensinsamlingsfunktionen; P1. 7 Ansluten till kontrolländen av CMOS-multivibratorn, genom mjukvara för att göra P1.7-portens utgång på hög eller låg nivå, och därigenom styra överföringen av ultraljudsvågor; P1.6 styrs av en omkopplingsdiod IN4l48 och referensspänningsgenereringskretsen för komparatorn LM324 Terminal är ansluten, ställ P1.6 till '1' vid sändning av ultraljudsvågor, utgångsnivån kan undertrycka vändningen av komparatorn, vilket effektivt kan undertrycka ultraljudsvågorna som sänds ut av sändaren direkt till mottagaren och orsaka detron till sändaren; efter slutet av sändningen ställs P1.6 till '0', vid denna tidpunkt, genom att skanna P1.2 121 ansluten till utgången på komparatorn, enligt ingångstillståndet för P1.2-porten för att bestämma om ekot tas emot. Ultraljudsutsläppet och drivkretsen produceras av RC-oscillatorn som består av CD4011, och temperatursensorn använder AD590.

Tidsmätning

Perioden för ultraljudssignalen som används i tidsmätningen är 25 μs, men en ultraljudssignalkälla motsvarande en våglängd på cirka 9 mm vid 20 °C krävs. För att säkerställa noggrannheten krävs en våglängdsdetektor. Ultraljudssignalkällan består av en signalgenerator och en nollgenomgångsdetektorkrets. Den godtyckliga signalgeneratorn består av ett 16Kbyte EPROM som kan lagra godtyckliga vågformer, en 16-bitarsräknare för scanning av EPROM och en DAC. Nollgenomgångsdetektorn består av en tröskelvärdesdetektor. Detektorns tröskelvärde är en del av toppvärdet för den mottagna signalen, så att detektorn kan jämföra den mottagna signalen enligt referensnollpotentialen. Detta gör att signalen i signalområdet kan detekteras i största utsträckning, vilket minimerar brusstörningar.

Det optimala resultatet beror huvudsakligen på amplituden för det valda ekot. Ju lägre ekot, desto lägre amplitud, och desto lägre är risken för interferens av en relaterad brusamplitud. Den bästa signalen att använda under alla förhållanden beror på den faktiska mängden brus. Ultraljudssensorn har också ett enkelt brusmätningssystem. Systemet kan uppskatta det faktiska bruset genom att övervaka insignalen under den ekofria fasen. Utsignalen från detta bullermätsystem kan konverteras under låga, medelhöga och höga bullerförhållanden.

Temperaturgivare och automatisk felkompensering

Lufttemperaturen detekteras av en temperatursensor och bearbetas av kretsen. Den är installerad i sonden, felet överstiger inte 1 ℃. Den automatiska kompensationen av felet kan härledas från den enkla analoga kretsen som visas i figur 2. V är proportionell mot det uppmätta avståndet.

Programvarudesignidéer
Eftersom den ultraljudssändande sensorn är mycket nära den mottagande ultraljudssensorn, kommer den mottagande ultraljudssensorn att ta emot en stark störningssignal när den sänder ultraljudsvågor. För att förhindra att systemet felupptäcks, används fördröjningsmottagningstekniken i programvaran för att förbättra systemets anti-interferensförmåga. När startknappen trycks ned skickas kommandot för att överföra ultraljudsvågor och kontrollsystemet börjar köra programmet för att slutföra temperaturinsamlingen; tidsintervallet för att skicka och ta emot ultraljudsvågor mäts; slutligen beräknas det uppmätta avståndet av det numeriska bearbetningsprogrammet och skickas till displayen för visning . Systemprogramvaran antar modulär design, som är sammansatt av huvudmoduler som huvudprogram, avståndsmätningsunderprogram, temperaturmätningsunderprogram och displayunderprogram. Huvudprogrammets blockdiagram visas i .