Cómo diseñar el sistema de rango de sensores ultrasónicos

El transductor de rango ultrasónico se usa principalmente en el campo de la medición de no contacto. En la actualidad, el sistema ultrasónico especial para la medición de la distancia es difícil de usar ampliamente en algunas aplicaciones pequeñas y medianas debido al alto costo. Con el desarrollo de la inteligencia de automóviles, es necesario desarrollar nuevos sensores ultrasónicos que puedan medir la distancia con mayor precisión, y el costo es bajo. Sin embargo, debido al requisito de alta precisión, el sensor ultrasónico convencional tiene una estructura complicada y no se puede ajustar automáticamente de acuerdo con los diferentes entornos, lo que tiene un alto costo y una capacidad de adaptación deficiente. Este artículo presenta el desarrollo de un transductor de redescendedores ultrasonidos digitales de alta precisión de bajo costo, con microcomputador de chip único AT89C2051 como el núcleo. Debido a que este sensor ultrasónico puede probar la temperatura ambiente y ajustarse, el rendimiento de costos es mejor que algunos productos similares existentes. Este sensor ultrasónico se puede usar en el rango de temperatura de 0 ~ ~ 40, que oscilan entre 0,1 m a 0,3 m, con una precisión de 1 mm, por lo que se puede usar en algunas ocasiones especiales, como el estacionamiento de autoservicio, la suspensión inteligente y los faros ajustes, etc.

Diseño de hardware de transductor de medición de distancia ultrasónica.

El principio de funcionamiento del transductor ultrasónico de acero inoxidable se muestra en la Figura 1. El sistema consta de un microordenador de chip único AT89C2051, transmisión ultrasónica, circuito de amplificador de recepción, circuito de adquisición de temperatura ambiente y circuito de visualización. AT89C205L MCU es el componente central de todo el sistema, coordinando el trabajo de cada componente. La fuente de oscilación controlada por el microordenador de un solo chip genera una señal de frecuencia de 40 kHz para impulsar el sensor ultrasónico. Cada transmisión contiene 10 pulsos. Después de transmitir el primer pulso ultrasónico, el contador inicia contando. En este momento, cuando se detecta el primer pulso de eco, el contador detiene el conteo, de modo que se puede obtener el tiempo de la transmisión a la recepción; El circuito de adquisición de temperatura también envía la recopilación de datos de temperatura ambiente a la microcomputadora de un solo chip para proporcionar la corrección de la velocidad de propagación ultrasónica cuando está calculando la distancia. Finalmente, la computadora de un solo chip utiliza la fórmula para calcular la distancia de medición, que se muestra en la pantalla. Los puertos serie RXD y TXD de la única microcomputadora de chips se conectan respectivamente a la RXD y TXD del circuito de pantalla para formar un circuito de visualización estática en serie; El temporizador / contador T0 está conectado a la salida del convertidor V / F para realizar la función de adquisición de frecuencia; P1. 7 Conectado al extremo de control del multivibrador CMOS, a través del software para hacer que la salida P1.7 Puerto se nivela alto o bajo, controlando así la transmisión de ondas ultrasónicas; P1.6 se controla mediante un diodo de conmutación IN4l48 y el circuito de generación de voltaje de referencia del terminal del comparador LM324 está conectado, se establece P1.6 a \"1 \" al transmitir ondas ultrasónicas, el nivel de salida puede suprimir el volteo del comparador, que puede suprimir efectivamente las ondas ultrasónicas emitidas por el transmisor a irradiar directamente al receptor y causar una detección errónea; Después del final de la transmisión, P1.6 se establece en \"0 \", en este momento, escaneando el P1.2 121 conectado a la salida del comparador, de acuerdo con el estado de entrada del puerto P1.2 para determinar Si se recibe el eco. El Oscilador RC produce el Oscilador de Emisión ultrasónico y la conducción compuesta por CD4011, y el sensor de temperatura adopta AD590.

Medición de tiempo

El período de la señal ultrasónica utilizada en la medición del tiempo es de 25 μs, pero se requiere una fuente de señal ultrasónica equivalente a una longitud de onda de aproximadamente 9 mm a 20 ° C. Para garantizar la precisión, se requiere un detector de longitud de onda. La fuente de señal ultrasónica se compone de un generador de señales y un circuito detector de cruce de cero. El generador de señales arbitrarias consiste en un EPROM de 16kbyte que puede almacenar formas de onda arbitrarias, un contador de 16 bits para escanear EPROM y un DAC. El detector de cruce de cero consiste en un detector de valor de umbral. El valor umbral del detector es una parte del valor pico de la señal recibida, de modo que el detector puede comparar la señal recibida de acuerdo con el potencial de referencia cero. Esto permite que la señal en el área de la señal se detecte en la mayor medida, minimizando así la interferencia de ruido.

El resultado óptimo depende principalmente de la amplitud del eco seleccionado. Cuanto menor sea el eco, menor será la amplitud, y menor será la posibilidad de interferencia por una amplitud de ruido relacionada. La mejor señal para usar en cualquier condición depende de la cantidad real de ruido. El sensor ultrasónico también tiene un sistema de medición de ruido simple. El sistema puede estimar el ruido real al monitorear la señal de entrada durante la fase libre de eco. La salida de este sistema de medición de ruido se puede convertir en condiciones de ruido bajo, mediano y alto.

Sensor de temperatura y compensación automática de errores.

La temperatura del aire se detecta mediante un sensor de temperatura y se procesa por el circuito. Se instala en la sonda, el error no excede de 1 ℃. La compensación automática del error se puede derivar del circuito analógico simple que se muestra en la Figura 2. V es proporcional a la distancia medida.

Ideas de diseño de software
Debido a que el sensor de transmisión por ultrasonidos está muy cerca del sensor de recepción ultrasónico, al transmitir ondas ultrasónicas, el sensor ultrasónico receptor recibirá una fuerte señal de interferencia. Para evitar que el sistema sede instable, la tecnología de recepción de demora se adopta en el software para mejorar la capacidad anti-interferencia del sistema. Cuando se presiona el botón de inicio, se envía el comando para transmitir ondas ultrasónicas, y el sistema de control comienza a ejecutar el programa para completar la colección de temperatura; Se mide el intervalo de tiempo de envío y recepción de ondas ultrasónicas; Finalmente, la distancia medida se calcula mediante el programa de procesamiento numérico y se envía a la pantalla para mostrar. El software del sistema adopta un diseño modular, que se compone de módulos principales, como programa principal, subprograma de medición de distancia, subprograma de medición de temperatura y subprograma de visualización. El diagrama del bloque del programa principal se muestra en.