Разработан цифровой ультразвуковой дальномер
1. Введение
Ультразвуковые волны распространяются с разной скоростью в газах, жидкостях и твердых телах, имеют хорошую направленность, концентрированную энергию, минимальное затухание при передаче и сильную отражательную способность. Ультразвуковые волны могут распространяться с определенной скоростью и образовывать отражения при столкновении с препятствиями. Используя эту характеристику, фактическое расстояние можно рассчитать путем измерения времени, необходимого ультразвуковым волнам для перемещения вперед и назад, что обеспечивает бесконтактное измерение расстояния до объектов. Ультразвуковая дальнометрия является быстрой, удобной и не зависит от таких факторов, как свет. Он широко используется для измерения уровня гидрологической жидкости, измерения на строительной площадке, мониторинга положения на месте, обнаружения препятствий задним ходом транспортных средств, обнаружения и позиционирования мобильных машин и других областей. Цифровой ультразвуковой дальномер, разработанный в этой статье, подсчитывает тактовые импульсы, поступающие на определенную частоту счетчика, в течение ультразвукового времени прохождения туда и обратно, и отображает соответствующее расстояние измерения.
2. Состав схемы и принцип работы ультразвукового дальномера.
Ультразвуковой дальномер состоит из схемы генерации ультразвука, схемы усиления приема ультразвука, схемы счета и индикации.
2.1 Схема генерации ультразвука
Схема генерации ультразвука. Двойной таймер EN556 (U2b) образует моностабильный триггер. R6 и C6 образуют дифференциальную схему, которая работает следующим образом: при нажатии кнопки S2 низкий уровень становится положительным и отрицательным импульсом, который проходит через VD1 для получения отрицательного импульса, запуская моностабильный переворот триггера. Длительность высокого уровня моностабильного флип-выхода составляет около 1 мс, что составляет tw ≈ 1,1R5C5 ≈ 1 мс. EN556 (U2n) образует многогармонический генератор с частотой колебаний f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40 кГц. Колебания генератора контролируются выходным уровнем моностабильного триггера. Когда моностабильный триггер выдает высокий уровень, мультигармонический генератор колеблется, вывод 5 стандарта EN556 выдает примерно 40 прямоугольных импульсов с частотой 40 кГц и рабочим циклом примерно 50%. Учитывая нестабильность пускового каскада многогармонического генератора, проектируют большее количество выходных импульсов. Если количество выходных импульсов слишком мало, интенсивность излучения низкая и расстояние измерения короткое. Зонд датчика влажности, датчик PT100 с электрической нагревательной трубкой из нержавеющей стали, нагреватель из литого алюминия, электромагнитный клапан жидкости нагревательной катушки, но количество импульсов слишком велико, а продолжительность излучения большая. Когда расстояние от измеряемого объекта близко, последовательность импульсов не была полностью излучена, что приводит к тому, что эхо, генерируемое первым излученным импульсом, достигает приемного конца, влияя на результат измерения дальности и увеличивая мертвую зону измерения дальности. U1a~U1e 74HC04 (U1) образуют схему возбуждения ультразвукового импульса, которая может увеличивать амплитуду импульсного напряжения приводного ультразвукового датчика, эффективно выполнять электрическое/акустическое преобразование, улучшать способность излучать ультразвуковые волны и увеличивать расстояние измерения. Последовательность импульсов частотой 40 кГц инвертируется через U1a, а затем инвертируется через параллельные инверторы U1b и U1e; Другой путь — через обратную фазу параллельных инверторов U1c и U1d на юге.
