Como projetar o sistema de distância do sensor ultra-sônico

O transdutor de variamento ultra-sônico é usado principalmente no campo da medição sem contato. Actualmente, o sistema ultra-sônico especial para a medição de distância é difícil de ser amplamente utilizado em algumas pequenas e médias aplicações devido ao alto custo. Com o desenvolvimento da inteligência automobilística, é necessário desenvolver novos sensores ultra-sônicos que podem medir a distância com maior precisão, e o custo é baixo. No entanto, devido à exigência de alta precisão, o sensor ultra-sônico convencional tem uma estrutura complicada e não pode ser ajustada automaticamente de acordo com diferentes ambientes, que tem alto custo e má adaptabilidade. Este artigo introduz o desenvolvimento de um transdutor de rangefinder ultra-sônico de exibição digital de baixo custo e de alta precisão com microcomputador de chip único AT89C2051 como o núcleo. Como esse sensor ultra-sônico pode testar a temperatura ambiente e se ajustar, o desempenho de custo é melhor do que alguns produtos similares existentes. Este sensor ultrassônico pode ser usado na faixa de temperatura de 0 ℃ ~ 40 ℃, variando de 0,1m a 0,3 m, com uma precisão de 1mm, por isso pode ser usado em algumas ocasiões especiais, como estacionamento de autoatendimento, suspensão inteligente e ajuste dos faróis, etc.

Design de hardware do transdutor de medição de distância ultra-sônica

O princípio de funcionamento do transdutor ultra-sônico de aço inoxidável é mostrado na Figura 1. O sistema consiste em microcomputador de chips AT89C2051, transmissão ultra-sônica, recepção do circuito do amplificador, circuito de aquisição de temperatura ambiente e circuito de exibição de temperatura ambiente. AT89C205L MCU é o componente principal de todo o sistema, coordenando o trabalho de cada componente. A fonte de oscilação controlada pelo microcomputador de chip único gera um sinal de freqüência de 40 kHz para conduzir o sensor ultrassônico. Cada transmissão contém 10 pulsos. Depois que o primeiro pulso ultrassônico é transmitido, o contador inicia a contagem. No momento em que o primeiro pulso de eco é detectado, o contador pára, para que o tempo △ t de transmissão à recepção possa ser obtido; O circuito de aquisição de temperatura também envia a coleta de dados de temperatura ambiente para o microcomputador de chip único para fornecer a correção da velocidade de propagação ultra-sônica quando é calcular a distância. Finalmente, o computador de chips único usa a fórmula para calcular a distância de medição, que é exibida no visor. As portas seriais RXD e TXD do microcomputador de chip único são respectivamente conectadas ao RXD e TXD do circuito de exibição para formar um circuito de exibição estática serial; O temporizador / contador T0 é conectado à saída do conversor V / F para realizar a função de aquisição de freqüência; P1. 7 conectado à extremidade de controle do Multivibrator CMOS, através do software para tornar a saída de porta P1.7 alta ou baixo nível, controlando assim a transmissão de ondas ultra-sônicas; P1.6 é controlado por um diodo de comutação IN4L48 e o circuito de geração de tensão de referência do terminal LM324 comparador é conectado, defina P1.6 para \"1 \" ao transmitir ondas ultra-sônicas, o nível de saída pode suprimir a folga do comparador, que pode efetivamente suprimir as ondas ultrassônicas emitidas pelo transmissor para irradiar diretamente para o receptor e causar detecção errônea; Após o final da transmissão, o P1.6 é definido como \"0 \", neste momento, digitalizando o P1.2 121 conectado à saída do comparador, de acordo com o estado de entrada da porta P1.2 para determinar se o eco é recebido. A emissão ultra-sônica e o circuito de condução são produzidos pelo oscilador RC composto por CD4011, e o sensor de temperatura adota ad590.

Medição de tempo

O período do sinal ultrassônico usado na medição do tempo é de 25 μs, mas uma fonte de sinal ultrassônico equivalente a um comprimento de onda de cerca de 9 mm a 20 ° C é necessária. Para garantir a precisão, é necessário um detector de comprimento de onda. A fonte de sinal ultrassônico é composta de um gerador de sinal e um circuito de detector de cruzamento zero. O gerador de sinal arbitrário consiste em um eprom de 16kbyte que pode armazenar formas de onda arbitrárias, um contador de 16 bits para digitalizar EPROM, e um DAC. O detector de travessia zero consiste em um detector de valor limite. O valor limite do detector é uma parte do valor máximo do sinal recebido, para que o detector possa comparar o sinal recebido de acordo com o potencial de zero de referência. Isso permite que o sinal na área do sinal seja detectado em maior extensão, minimizando assim a interferência de ruído.

O resultado ideal depende principalmente da amplitude do eco selecionado. Quanto menor o eco, menor a amplitude, e menor a possibilidade de interferência por uma amplitude de ruído relacionada. O melhor sinal para usar sob quaisquer condições depende da quantidade real de ruído. O sensor ultrassônico também possui um simples sistema de medição de ruído. O sistema pode estimar o ruído real monitorando o sinal de entrada durante a fase livre de eco. A saída desse sistema de medição de ruído pode ser convertida sob condições de baixo, médio e alto nível.

Sensor de temperatura e compensação automática de erro

A temperatura do ar é detectada por um sensor de temperatura e processada pelo circuito. Está instalado na sonda, o erro não excede 1 ℃. A compensação automática do erro pode ser derivada do circuito analógico simples mostrado na Figura 2. V é proporcional à distância medida.

Ideias de design de software.
Como o sensor de transmissão ultra-sônica é muito próximo do sensor de recebimento ultra-sônico, ao transmitir ondas ultrassônicas, o sensor ultra-sônico recebendo receberá um forte sinal de interferência. A fim de evitar o sistema de má condição, a tecnologia de recebimento de atraso é adotada no software para melhorar a capacidade anti-interferência do sistema. Quando o botão Iniciar é pressionado, o comando para transmitir ondas ultra-sônicas é enviado, e o sistema de controle começa a executar o programa para completar a coleta de temperatura; O intervalo de tempo de envio e recebimento de ondas ultra-sônicas é medido; Finalmente, a distância medida é calculada pelo programa de processamento numérico e enviada para a exibição para exibição. O software do sistema adota design modular, que é composto de módulos principais, como programa principal, subprograma de medição de distância, subprograma de medição de temperatura e subprograma de exibição. O diagrama principal do bloco de programas é mostrado.