Plano de produção de rangefinder ultra-sônico

O rangefinder ultra-sônico adota o circuito NE555, circuito de dois estágio do amplificador e circuito de comparação de nível para realizar a transmissão e a recepção de ondas ultra-sônicas. O comparador é a unidade central do rangefinder, que realiza o controle do circuito de transmissão e o processamento dos dados recebidos. Este sistema tem forte valor prático e boas perspectivas de mercado.

一 o plano geral

1.1 Alternativas

Solução 1: O rangefinder ultra-sônico está usando módulos discretos

O sistema inclui cinco partes: módulo de medição de distância ultra-sônica, módulo de exibição digital LED, módulo de controle do módulo de unidade e fonte de alimentação.

O sensor ultra-sônico do módulo é composto principalmente de parte de transmissão e parte de recebimento. A transmissão de pequeno transdutor ultra-sônico é controlada pelo controlador principal (conforme mostrado na Figura 1); O transdutor ultra-sônico ressoa a uma frequência de 40kHz, e o módulo tem um circuito de geração de onda quadrada de 40kHz.

O módulo de exibição é um LCD digital do segmento de 8 dígitos; A exibição do resultado de medição usa um código de campo de três dígitos, o formato é X Pontos XX Medidores, e um código de segmento de dois dígitos é usado para exibir o número de dados.

A fonte de alimentação adota a entrada de energia 9V DC. Após o tubo de regulador de tensão, as fontes de alimentação de 5V e 3,3V são usadas para várias partes do sistema.

Figura 1 A estrutura do sensor de distância ultra-sônica

Esquema 2: Medidor de distância ultra-sônica baseado no microcontrolador PIC16F876A.

O rangefinder ultra-sônico é baseado principalmente no microcomputador de chips único PIC16F876A. Seu transmissor usa a ressonância do cristal piezoelétrico para conduzir o ar circundante para vibrar para o trabalho. O transmissor ultrassônico emite ondas ultra-sônicas em uma determinada direção e começa o tempo ao mesmo tempo que as ondas ultra-sônicas estão no ar. Propagação, retornará imediatamente quando encontra um obstáculo no caminho, e o receptor ultrassônico parará de temporar quando receber a onda refletida. Em circunstâncias normais, a velocidade de propagação das ondas ultra-sônicas no ar é de 340m / s. De acordo com o tempo t gravado pelo temporizador, as distâncias entre o ponto de lançamento e o obstáculo podem ser calculadas, ou seja, s = 340 e horários; t / 2, que é comumente usado método de diferença de tempo para medição de distância.

No desenho do circuito de contagem abrangente, o método de contagem relevante é adotado. O principal princípio do sensor transdutor ultra-sônico é o sistema de microcomputador de chip único primeiro fornece sinais de pulso ao circuito do transmissor durante a medição, e o contador de chips único está no estado de espera e não conta; Quando o sinal é transmitido por um período de tempo, o microcomputador de chip único envia que o sinal faz com que o sistema desligue o sinal de transmissão, e o contador inicia a contagem para obter sincronização no início; Quando o último pulso do sinal recebido chega, o contador pára a contagem.

O sistema de rangefinder ultra-sônico bidirecional consiste principalmente em várias partes (conforme mostrado na Figura 2): Módulo de exibição LED, chip Pic16F876A, módulo de transmissor ultra-sônico, módulo de receptor ultrassônico, módulo de energia e outros cinco módulos.

Figura 2 Diagrama geral do bloco do projeto do sistema

1.2 Seleção do esquema.

Como o desenho deste transdutor aéreo ultra-sônico é o design do circuito digital-analógico, e considerando que a programação da MCU não é familiar para os membros da equipe, a depuração enfrenta maiores dificuldades. Os circuitos do esquema 1 são construídos para o conhecimento aprendido, e os princípios são relativamente familiares, então o esquema 1 com circuitos de hardware mais complicados é adotado.

二 Design e Implementação

O localizador de alcance ultra-sônico é baseado nas características das ondas ultrassônicas refletidas quando encontram obstáculos. O transmissor ultrassônico emite ondas ultra-sônicas em uma determinada direção e inicia o tempo ao mesmo tempo que a transmissão. As ondas ultra-sônicas se propagam no ar e retornam imediatamente quando encontram obstáculos no caminho. O receptor ultrassônico imediatamente interrompe e pára o tempo quando as ondas refletidas são recebidas. Ao detectar continuamente os ecos refletidos por obstáculos encontrados após a emissão da onda gerada, a diferença de tempo T entre a onda ultrassônica transmitida e o eco recebido é medido e, em seguida, a distância l é obtida. A fórmula variável básica é: l = (△ t / 2) * c

onde l é a distância a ser medida

T - o intervalo de tempo entre a onda transmitida e a onda refletida

C - A velocidade sólida de ultra-som no ar, que é 340m / s à temperatura ambiente

Depois que a velocidade do som é determinada, l pode ser obtida desde que o tempo de ida e volta da onda ultrassônica seja medido.

2.1 Princípio do ultra-sônico

2.1.1 Lançamento parte

Figura 3 O diagrama de estrutura de emissão ultra-sônica é composto de dois circuitos integrados de 555. IC1 (555) constitui o gerador de sinal de pulso ultra-sônico, a fórmula de cálculo do ciclo de trabalho é a seguinte, haverá algumas diferenças no circuito real devido a erros, como componentes.

Condições: 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

O IC2 constitui um gerador de sinal portador ultrassônico. Controlado pela saída do sinal de pulso por IC1, ele produz um pulso de 1 ms com uma frequência de 40kHz, um ciclo de trabalho de 50% e uma parada para 64ms. Calculado da seguinte forma:

Condições: 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 = 10μsec

Th = 0,69 x (ra + rb) x c = 0,69 x 16,5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsec

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

O IC3 (CD4069) compõe o circuito de transmissão de transmissão ultra-sônica.