план виробництва ультразвукового далекоміра

Ультразвуковий далекомір використовує схему NE555, двоступеневу схему підсилювача та схему порівняння рівня для реалізації передачі та прийому ультразвукових хвиль. Компаратор є основним блоком далекоміра, який реалізує управління передавальним контуром і обробку отриманих даних. Ця система має високу практичну цінність і хороші ринкові перспективи.

一 Загальний план

1.1 Альтернативи

Рішення 1: Ультразвуковий далекомір використовує дискретні модулі

Система включає п'ять частин: модуль ультразвукового вимірювання відстані, модуль цифрового світлодіодного дисплея, модуль керування приводним модулем і блок живлення.

Датчик ультразвукового модуля вимірювання дальності в основному складається з передавальної частини та приймальної частини. Передача малого ультразвукового перетворювача контролюється головним контролером (як показано на малюнку 1); ультразвуковий перетворювач резонує на частоті 40 кГц, а модуль має схему генерації прямокутної хвилі 40 кГц.

Дисплейний модуль — це 8-розрядний сегментний цифровий РК-дисплей; відображення результату вимірювання використовує тризначний код поля, формат X точок XX метрів, а двозначний сегментний код використовується для відображення кількості даних.

Блок живлення приймає 9 В постійного струму. Після трубки регулятора напруги для різних частин системи використовуються джерела живлення 5 В і 3,3 В.

Рисунок 1 Структура ультразвукового датчика дальності

Схема 2: Ультразвуковий далекомір на базі мікроконтролера PIC16F876A.

Ультразвуковий далекомір в основному базується на однокристальному мікрокомп'ютері PIC16F876A. Його передавач використовує резонанс п’єзоелектричного кристала, щоб змусити навколишнє повітря вібрувати та працювати. Ультразвуковий передавач випромінює ультразвукові хвилі в певному напрямку та починає вимірювати час, коли ультразвукові хвилі знаходяться в повітрі. Розповсюдження, він негайно повернеться, коли зустріне перешкоду на шляху, і ультразвуковий приймач припинить вимірювання часу, коли отримає відбиту хвилю. За нормальних умов швидкість поширення ультразвукових хвиль у повітрі становить 340 м/с. Відповідно до часу t, записаного таймером, можна обчислити відстань між точкою запуску та перешкодою, тобто s=340&TImes;t/2, який зазвичай використовується методом різниці в часі для вимірювання відстані.

У конструкції схеми підрахунку дальності використовується відповідний метод підрахунку. Основний принцип датчика ультразвукового перетворювача полягає в тому, що однокристальна мікрокомп’ютерна система спочатку подає імпульсні сигнали в схему передавача під час вимірювання, а однокристальний лічильник знаходиться в стані очікування і не рахується; коли сигнал передається протягом певного періоду часу, однокристальний мікрокомп'ютер надсилає сигнал, змушуючи систему вимикати сигнал передачі, і лічильник починає відлік для досягнення синхронізації на початку; при надходженні останнього імпульсу прийнятого сигналу лічильник припиняє відлік.

Система двостороннього ультразвукового далекоміра в основному складається з кількох частин (як показано на малюнку 2): модуля світлодіодного дисплея, мікросхеми PIC16F876A, модуля ультразвукового передавача, модуля ультразвукового приймача, модуля живлення та інших п’яти модулів.

Рисунок 2 Загальна блок-схема проектування системи

1.2 Вибір схеми

 Оскільки конструкція цього ультразвукового повітряного перетворювача є цифрово-аналоговою схемою, і враховуючи, що програмування MCU не знайоме членам команди, налагодження зіткнеться з більшими труднощами. Схеми за схемою 1 будуються на основі вивчених знань, а принципи відносно знайомі, тому приймається схема 1 із складнішими апаратними схемами.

二 Дизайн і впровадження

Ультразвуковий далекомір заснований на характеристиках ультразвукових хвиль, що відбиваються при зустрічі з перешкодами. Ультразвуковий передавач випромінює ультразвукові хвилі в певному напрямку та починає вимірювати час одночасно з передачею. Ультразвукові хвилі поширюються в повітрі і миттєво повертаються при зустрічі з перешкодами на шляху. Ультразвуковий приймач негайно перериває та припиняє відлік часу, коли приймаються відбиті хвилі. Шляхом постійного виявлення луни, відбитої перешкодами, що виникають після випромінювання генерованої хвилі, вимірюється різниця в часі T між переданою ультразвуковою хвилею та прийнятою луною, а потім визначається відстань L. Основна формула визначення дальності: L=(△t/2)*C

де L - відстань, яку необхідно виміряти

T — інтервал часу між хвилею, що пройшла, і хвилею, що відбилася

C——швидкість ультразвуку в повітрі, яка становить 340 м/с при кімнатній температурі.

Після визначення швидкості звуку L можна отримати, якщо виміряти час проходження ультразвукової хвилі туди й назад.

2.1 Принцип ультразвукової локації

2.1.1 Стартова частина

Рисунок 3 Структурна схема ультразвукового випромінювання складається з двох інтегральних схем 555. IC1 (555) є генератором ультразвукового імпульсного сигналу, формула розрахунку робочого циклу така, у фактичній схемі будуть деякі відмінності через помилки, наприклад компоненти.

Умови: 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 мс

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

IC2 є генератором ультразвукового несучого сигналу. Керований вихідним сигналом імпульсу IC1, він видає імпульс 1 мс із частотою 40 кГц, робочим циклом 50 % і зупинкою на 64 мс. Розраховується таким чином:

Умови: 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 = 10 мкс

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

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

IC3 (CD4069) входить до складу ультразвукової передавальної головки.