Разработка цифрового ультразвукового дальномера
Ультразвуковые волны распространяются с разной скоростью в газах, жидкостях и твердых телах. Они имеют хорошую направленность, концентрированную энергию, небольшое затухание при передаче и сильную способность отражения. Ультразвуковые волны могут распространяться направленно с определенной скоростью и образовывать отражения при столкновении с препятствиями. Используя эту характеристику, фактическое расстояние можно рассчитать путем измерения времени, необходимого для возвращения ультразвуковых волн, что обеспечивает бесконтактное измерение расстояния до объекта. Ультразвуковая дальнометрия является быстрой, удобной и не зависит от таких факторов, как свет. Он широко используется для измерения гидрологического уровня, измерения на строительной площадке, мониторинга местоположения на месте, обнаружения препятствий при движении задним ходом транспортных средств, обнаружения и позиционирования мобильных машин и других областей. Цифровой ультразвуковой дальномер, разработанный в этой статье, подсчитывает тактовые импульсы определенной частоты, поступающие в счетчик, в течение ультразвукового времени прохождения туда и обратно, а затем отображает соответствующее измеренное расстояние.
Состав схемы ультразвукового дальномера и принцип работы
Ультразвуковой дальномер состоит из схемы генерации ультразвука, схемы приемного усилителя ультразвука, а также схемы счета и отображения.
Схема ультразвуковой генерации
Двойной таймер EN556 (U2b) образует моностабильный триггер. R6 и C6 образуют дифференциальную цепь, и ее функция такова: при нажатии кнопки S2 низкий уровень становится положительным и отрицательным пиковым импульсом, а отрицательный пиковый импульс получается через VD1, вызывая переворот моностабильного триггера. Высокий уровень моностабильного флип-выхода сохраняется около 1 мс, то есть tw≈1,1R5C5≈1мс. ЕН556 (U2n) образует мультивибратор с частотой колебаний f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22 }}R4)]C3≈40 кГц. Колебания генератора управляются моностабильным выходным уровнем триггера. Когда моностабильный триггер выдает высокий уровень, мультивибратор колеблется, и вывод 5 EN556 выдает около 40 прямоугольных импульсов с частотой 40 кГц и коэффициентом заполнения около 50%. Учитывая, что мультивибратор неустойчив на этапе запуска, он рассчитан на выдачу большего количества m импульсов. Если количество выходных импульсов слишком мало, интенсивность излучения будет небольшой, а расстояние измерения будет коротким. Зонд датчика влажности, электрическая нагревательная трубка из нержавеющей стали, датчик PT100, литой алюминиевый нагреватель, электромагнитный клапан нагревательной катушки для жидкости. Однако количество импульсов слишком велико, а продолжительность излучения велика. Когда расстояние до измеряемого объекта близко, последовательность импульсов не была передана полностью, что приводит к тому, что эхо, генерируемое первым переданным импульсом, достигает принимающей стороны, что влияет на результаты измерения дальности и приводит к увеличению слепой зоны дальности. U1a~U1e из 74HC04 (U1) образуют схему возбуждения ультразвукового импульса, которая может увеличивать амплитуду импульсного напряжения, которое управляет ультразвуковым датчиком, эффективно выполнять электрическое/акустическое преобразование, расширять возможности передачи ультразвуковых волн и увеличивать точность измерений. расстояние. Один путь последовательности импульсов частотой 40 кГц инвертируется через U1a, а затем инвертируется через инвертор, подключенный параллельно между U1b и U1e; другой путь инвертируется через инвертор, подключенный параллельно между U1c и U1d.
