Як спроектувати систему визначення дальності ультразвукового датчика

Ультразвуковий вимірювальний перетворювач в основному використовується в області безконтактних вимірювань. В даний час спеціальну ультразвукову систему для вимірювання відстані важко широко використовувати в деяких малих і середніх додатках через високу вартість. З розвитком автомобільного інтелекту необхідно розробити нові ультразвукові датчики, які можуть вимірювати відстань з більш високою точністю, а вартість буде низькою. Однак через вимогу високої точності звичайний ультразвуковий датчик має складну структуру і не може автоматично налаштовуватися відповідно до різних середовищ, що має високу вартість і погану адаптивність. У цій статті представлено розробку недорогого високоточного ультразвукового далекомірного перетворювача з цифровим дисплеєм із однокристальним мікрокомп’ютером at89c2051 як ядром. Оскільки цей ультразвуковий датчик може перевіряти температуру навколишнього середовища та регулювати себе, економічні показники кращі, ніж деякі існуючі аналогічні продукти. Цей ультразвуковий датчик можна використовувати в діапазоні температур від 0 ℃ до 40 ℃, в межах від 0,1 м до 0,3 м, з точністю 1 мм, тому його можна використовувати в деяких особливих випадках, таких як паркування самообслуговування, розумне регулювання підвіски та фар тощо.

Апаратна конструкція ультразвукового далекомірного перетворювача

Принцип роботи ультразвукового перетворювача з нержавіючої сталі показаний на малюнку 1. Система складається з однокристального мікрокомп’ютера AT89C2051, ультразвукової передачі, приймального підсилювача, схеми збору температури навколишнього середовища та схеми відображення. AT89C205l MCU є основним компонентом усієї системи, який координує роботу кожного компонента. Джерело коливань, кероване однокристальним мікрокомп’ютером, генерує сигнал частотою 40 кГц для керування ультразвуковим датчиком. Кожна передача містить 10 імпульсів. Після передачі першого ультразвукового імпульсу лічильник починає відлік. У момент виявлення першого ехо-імпульсу лічильник припиняє відлік, щоб можна було отримати час △ t від передачі до прийому; схема збору даних про температуру також надсилає дані про температуру навколишнього середовища до однокристального мікрокомп’ютера для забезпечення корекції швидкості розповсюдження ультразвуку під час обчислення відстані. Нарешті, однокристальний комп’ютер використовує формулу для обчислення відстані вимірювання, яка відображається на дисплеї. Послідовні порти RXD і TXD однокристального мікрокомп’ютера відповідно з’єднані з RXD і TXD схеми відображення для формування послідовної статичної схеми відображення; таймер/лічильник T0 підключається до виходу V/F перетворювача для реалізації функції збору частоти; P1. 7 Підключений до контрольного кінця мультивібратора CMOS за допомогою програмного забезпечення, щоб зробити вихід порту P1.7 високим або низьким рівнем, тим самим контролюючи передачу ультразвукових хвиль; P1.6 керується перемикаючим діодом IN4l48 і підключено схему генерації опорної напруги компаратора LM324. Встановіть P1.6 на '1' під час передачі ультразвукових хвиль, рівень вихідного сигналу може пригнічувати перекидання компаратора, що може ефективно пригнічувати ультразвукові хвилі, які випромінює передавач, безпосередньо випромінювати до приймача та спричиняти помилкове виявлення; після завершення передачі P1.6 встановлюється на '0', у цей час шляхом сканування P1.2 121, підключеного до виходу компаратора, відповідно до вхідного стану порту P1.2, щоб визначити, чи отримано відлуння. Ультразвукове випромінювання та керуюча схема виробляються RC-генератором, що складається з CD4011, а датчик температури використовує AD590.

Вимірювання часу

Період ультразвукового сигналу, який використовується для вимірювання часу, становить 25 мкс, але потрібне джерело ультразвукового сигналу, еквівалентне довжині хвилі приблизно 9 мм при 20 °C. Для забезпечення точності потрібен детектор довжини хвилі. Джерело ультразвукового сигналу складається з генератора сигналу та схеми детектора переходу через нуль. Генератор довільних сигналів складається з 16 Кбайт EPROM, який може зберігати довільні форми сигналів, 16-бітного лічильника для сканування EPROM і ЦАП. Детектор переходу через нуль складається з детектора порогового значення. Порогове значення детектора є частиною пікового значення прийнятого сигналу, щоб детектор міг порівняти отриманий сигнал відповідно до опорного нульового потенціалу. Це дозволяє виявити сигнал у зоні сигналу найбільшою мірою, тим самим мінімізуючи шумові перешкоди.

Оптимальний результат в основному залежить від амплітуди вибраного ехосигналу. Чим нижча луна, тим нижча амплітуда, і тим менша ймовірність перешкод пов’язаною амплітудою шуму. Найкращий сигнал для використання за будь-яких умов залежить від фактичної кількості шуму. Ультразвуковий датчик також має просту систему вимірювання шуму. Система може оцінити фактичний шум, відстежуючи вхідний сигнал під час фази без луни. Вихід цієї системи вимірювання шуму можна конвертувати в умовах низького, середнього та високого рівня шуму.

Датчик температури і автоматична компенсація похибок

Температура повітря визначається датчиком температури та обробляється контуром. Встановлюється в зонд, похибка не перевищує 1 ℃. Автоматична компенсація похибки може бути отримана з простої аналогової схеми, показаної на малюнку 2. V пропорційний виміряній відстані.

Ідеї ​​дизайну програмного забезпечення
Оскільки ультразвуковий передавальний датчик дуже близький до ультразвукового приймального датчика, під час передачі ультразвукових хвиль приймальний ультразвуковий датчик отримуватиме сильний сигнал перешкод. Щоб запобігти помилковому виявленню системи, у програмному забезпеченні використовується технологія отримання із затримкою, щоб покращити здатність системи протидіяти перешкодам. При натисканні кнопки пуску надходить команда на передачу ультразвукових хвиль, і система управління починає виконувати програму завершення збору температури; вимірюється часовий інтервал відправлення і прийому ультразвукових хвиль; нарешті, виміряна відстань обчислюється програмою чисельної обробки та надсилається на дисплей для відображення. Системне програмне забезпечення використовує модульну конструкцію, яка складається з основних модулів, таких як основна програма, підпрограма вимірювання відстані, підпрограма вимірювання температури та підпрограма відображення. Основна блок-схема програми показана на .