produktionsplan för ultraljudsavståndsmätare

Ultraljudsavståndsmätaren använder NE555-krets, tvåstegs förstärkarkrets och nivåjämförelsekrets för att realisera sändning och mottagning av ultraljudsvågor. Komparatorn är kärnenheten i avståndsmätaren, som realiserar kontrollen av sändningskretsen och bearbetningen av mottagna data. Detta system har ett starkt praktiskt värde och goda marknadsutsikter.

一 Den övergripande planen

1.1 Alternativ

Lösning 1: Ultraljudsavståndsmätaren använder diskreta moduler

Systemet innehåller fem delar: ultraljudsavståndsmätningsmodul, LED digital displaymodul, drivmoduls styrmodul och strömförsörjning.

Ultraljudsavståndsmodulsensorn består huvudsakligen av sändande del och mottagande del. Överföringen av en liten ultraljudsgivare styrs av huvudkontrollenheten (som visas i figur 1); ultraljudsgivaren resonerar vid en frekvens på 40KHz, och modulen har en 40KHz fyrkantvågsgenererande krets.

Displaymodulen är en 8-siffrig segments digital display LCD; visningen av mätresultaten använder en tresiffrig fältkod, formatet är X poäng XX meter, och en tvåsiffrig segmentkod används för att visa antalet data.

Strömförsörjningen antar 9V DC-strömingång. Efter spänningsregulatorröret används 5V och 3,3V nätaggregat för olika delar av systemet.

Figur 1 Strukturen hos ultraljudsavståndssensorn

Schema 2: Ultraljudsavståndsmätare baserad på PIC16F876A mikrokontroller.

Ultraljudsavståndsmätaren är huvudsakligen baserad på mikrodatorn PIC16F876A med ett chip. Dess sändare använder resonansen från den piezoelektriska kristallen för att driva den omgivande luften att vibrera för att fungera. Ultraljudssändaren sänder ut ultraljudsvågor i en viss riktning, och börjar tajma samtidigt som ultraljudsvågorna är i luften. Förökning, den kommer tillbaka omedelbart när den stöter på ett hinder på vägen, och ultraljudsmottagaren kommer att sluta tajma när den tar emot den reflekterade vågen. Under normala omständigheter är utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften 340m/s. Enligt tiden t som registreras av timern kan avstånden mellan startpunkten och hindret beräknas, det vill säga s=340&TImes;t/2, vilket är en vanlig tidsskillnadsmetod för avståndsmätning.

Vid konstruktionen av avståndsräkningskretsen används den relevanta räknemetoden. Huvudprincipen för ultraljudsgivarens sensor är att mikrodatorsystemet med en chip först tillhandahåller pulssignaler till sändarkretsen under mätning, och räknaren med en chip är i vänteläge och räknas inte; när signalen sänds under en tidsperiod, sänder mikrodatorn med ett chip signalen vilket gör att systemet stänger av sändningssignalen, och räknaren börjar räkna för att uppnå synkronisering i början; när den sista pulsen av den mottagna signalen kommer, slutar räknaren att räkna.

Tvåvägs ultraljudsavståndsmätarsystemet består huvudsakligen av flera delar (som visas i figur 2): LED-displaymodul, PIC16F876A-chip, ultraljudssändarmodul, ultraljudsmottagarmodul, effektmodul och andra fem moduler.

Figur 2 Övergripande blockschema över systemdesign

1.2 Val av schema

 Eftersom designen av denna ultraljudsluftgivare är digital-analog kretsdesign, och med tanke på att MCU-programmering inte är bekant för teammedlemmarna, kommer felsökning att stöta på större svårigheter. Schema 1-kretsar är byggda för den kunskap som lärts, och principerna är relativt bekanta, så schema 1 med mer komplicerade hårdvarukretsar används.

二 Design och implementering

Ultraljudsavståndsmätare är baserad på egenskaperna hos ultraljudsvågor som reflekteras tillbaka när de möter hinder. Ultraljudssändaren sänder ut ultraljudsvågor i en viss riktning och börjar tajma samtidigt som sändningen. Ultraljudsvågorna fortplantar sig i luften och återkommer omedelbart när de stöter på hinder på vägen. Ultraljudsmottagaren avbryter omedelbart och stoppar timingen när de reflekterade vågorna tas emot. Genom att kontinuerligt detektera ekon som reflekteras av hinder som påträffas efter att den genererade vågen sänts ut, mäts tidsskillnaden T mellan den sända ultraljudsvågen och det mottagna ekot, och sedan erhålls avståndet L. Den grundläggande avståndsformeln är: L=(△t/2)*C

där L är avståndet som ska mätas

T——tidsintervallet mellan den sända vågen och den reflekterade vågen

C——Ljudhastigheten för ultraljud i luften, som är 340m/s vid rumstemperatur

Efter att ljudets hastighet har bestämts kan L erhållas så länge som ultraljudsvågens tur och retur-tid mäts.

2.1 Principen för ultraljudsavstånd

2.1.1 Startdel

Figur 3 Strukturdiagram för ultraljudsstrålning består av två 555 integrerade kretsar. IC1 (555) utgör ultraljudspulssignalgeneratorn, arbetscykelberäkningsformeln är som följer, det kommer att finnas vissa skillnader i den faktiska kretsen på grund av fel som komponenter.

Villkor: 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 utgör en ultraljudsbärvågssignalgenerator. Styrd av pulssignalen som matas ut av IC1, matar den ut en 1ms puls med en frekvens på 40kHz, en arbetscykel på 50% och ett stopp i 64ms. Beräknas enligt följande:

Villkor: 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) utgör drivkretsen för ultraljudsöverföringshuvudet.