Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2020-11-02 Origen:Sitio
Debido a la fuerte directividad de las ondas ultrasónicas, el consumo de energía lenta y las largas distancias en el medio, las ondas ultrasónicas a menudo se usan para la medición de la distancia. Por ejemplo, las ondas ultrasónicas pueden realizarse instrumentos de medición de niveles ultrasónicos. Las pruebas ultrasónicas a menudo son rápidas, convenientes, fáciles de calcular, fácil de lograr el control en tiempo real, y pueden cumplir con los requisitos prácticos industriales en términos de precisión de medición, por lo que también se ha utilizado ampliamente en el desarrollo de robots móviles. Para que un robot móvil evite automáticamente obstáculos y caminando, debe estar equipado con un sistema de medición de distancia para que pueda obtener la información de distancia (distancia y dirección) del obstáculo en el tiempo. El sistema de medición de distancia ultrasónica de tres direcciones (frontales, izquierda y derecha) introducida en este artículo es proporcionar una información de distancia de movimiento para que el robot comprenda su entorno frontal, izquierdo y derecho.
Segundo, el principio deTransductor de distancia ultrasónica
1. Generador ultrasónico
Para estudiar y usar el ultrasonido, muchos generadores de ultrasonido han sido diseñados y hechos. En términos generales, los generadores ultrasónicos se pueden dividir en dos categorías: una es generar ondas ultrasónicas eléctricamente, y la otra es generar ondas ultrasónicas mecánicamente. Los métodos eléctricos incluyen piezoeléctricos, magnetostrictivos y eléctricos, etc.; métodos mecánicos incluyen flauta, silbato líquido y silbato aire. La frecuencia, la potencia y las características sonoricas de las ondas ultrasónicas que producen son diferentes, por lo que sus usos también son diferentes. En la actualidad, el generador ultrasónico piezoeléctrico se usa más comúnmente.
2. Principio del generador ultrasónico piezoeléctrico.
El generador ultrasónico piezoeléctrico en realidad utiliza la resonancia de un cristal piezoeléctrico para trabajar. Se muestra la estructura interna del generador ultrasónico. Tiene dos obleas piezoeléctricas y una placa de resonancia. Cuando se aplica una señal de pulso a sus dos polos, cuya frecuencia es igual a la frecuencia de oscilación natural de la oblea piezoeléctrica, la oblea piezoeléctrica resonará y impulsará la placa de resonancia a vibrar para generar ondas ultrasónicas. Por el contrario, si no se aplica un voltaje entre los dos electrodos, cuando la placa de resonancia recibe ondas ultrasónicas, presionará el chip piezoeléctrico para vibrar y convertir la energía mecánica en señales eléctricas, y luego se convertirá en un receptor ultrasónico.
3. El principio deTransductor ultrasónico para la medición de la distancia.
El transmisor ultrasónico emite ondas ultrasónicas en una determinada dirección y comienza a momento al mismo tiempo que el tiempo de lanzamiento. Las ondas ultrasónicas se propagan en el aire y regresan inmediatamente al encontrar obstáculos en el camino. El receptor ultrasónico detiene el tiempo inmediatamente después de recibir las ondas reflejadas. La velocidad de propagación de la ola ultrasónica en el aire es de 340 m / s. De acuerdo con el tiempo T registrado por el temporizador, la distancia entre el punto de lanzamiento y el obstáculo (s) se pueden calcular, a saber: S = 340T / 2
Figura 1 Estructura de sensor ultrasónico
Este es el llamado método de rango de diferencia de tiempo.
Tercero, el diseño del circuito del transductor de rango ultrasónico.
La característica de este sistema es el uso de un microordenador de un solo chip para controlar la transmisión de ondas ultrasónicas y el tiempo del tiempo de ondas ultrasónicas de la transmisión a la recepción. La selección de un solo chip es económica y fácil de usar, y hay un 4K ROM On-Chip para una fácil programación. Se muestra el diagrama esquemático del circuito. Solo se dibuja el diagrama de cableado del circuito de rango frontal, y los circuitos de rango izquierdo y derecho son los mismos que el circuito de rango frontal.
1. Generación de pulsos 40kHz y emisión ultrasónica.
El sensor ultrasónico en el sistema de medición de distancia adopta el sensor cerámico piezoeléctrico de UCM40, y su voltaje de trabajo es una señal de pulso de 40 kHz, que es generada por la computadora de un solo chip que ejecuta el siguiente programa.
El terminal de entrada del circuito de rango frontal está conectado al puerto P1.0 del microordenador de un solo chip. Después de que el microordenador de un solo chip ejecuta el programa anterior, emite una señal de pulso de 40 kHz en el puerto P1.0, que se amplifica por el transistor T, impulsa el transmisor ultrasónico UCM40T, y envía 40 kHz ondas ultrasónicas pulsadas. Y continuar transmitiendo 200ms. Los extremos de entrada de los circuitos de rango derecho e izquierdo están conectados a los puertos P1.1 y P1.2, respectivamente, y el principio de funcionamiento es el mismo que el del circuito de rango frontal.
2. Recepción y procesamiento ultrasónico.
El cabezal de recepción adopta el UCM40R emparejado con la cabeza de transmisión,Sensor de transductor ultrasónicoConvierte el pulso modulado ultrasónico en una señal de voltaje alterna, que se amplifica por los amplificadores operativos IC1A e IC1B y luego se agregan a IC2. IC2 es un bloque integrado de decodificación de audio LM567 con un bucle bloqueado. La frecuencia central del oscilador controlado por voltaje interno es F0 = 1 / 1.1R8C3, y el Capacitor C4 determina su ancho de banda de bloqueo. Ajuste de R8 en la frecuencia de la portadora de transmisión, la señal de entrada LM567 es mayor que 25mV, y el pasador de salida 8 cambia de nivel alto a nivel bajo, que se utiliza como una señal de solicitud de interrupción y se envía al microcontrolador para su procesamiento.
El terminal de salida del circuito de rango frontal está conectado al puerto MCU INT0, la prioridad de interrupción es la más alta, la salida del circuito de rango izquierdo y derecho está conectado al puerto MCU INT1 a través de la salida del IC3A de la puerta y la puerta, mientras que el MCU P1.3 y P1.4 están conectados a la entrada de IC3A al final, la identificación de la fuente de interrupción es manejada por la consulta del programa, y la prioridad de interrupción es la primera y luego se deja.
