Detaillierter Überblick über das Prinzip des Ultraschallbereichssensors und das Schaltungsdesign des Ultraschallbereichs Wandler

Aufgrund der starken Direktivität von Ultraschallwellen, langsamen Energieverbrauch und großen Entfernungen im Medium werden häufig Ultraschallwellen für die Entfernungsmessung verwendet. Beispielsweise können Ultraschall -Entfernungsfinder und Level -Messinstrumente durch Ultraschallwellen realisiert werden. Ultraschalluntersuchungen sind häufig schnell, bequem, einfach zu berechnen, leicht zu erreichen und können die industrielle praktische Anforderungen an die Messgenauigkeit erfüllen, sodass es auch bei der Entwicklung mobiler Roboter häufig verwendet wurde. Damit ein mobiler Roboter automatisch Hindernisse und Gehen vermieden werden kann, muss er mit einem Abstandsmesssystem ausgestattet sein, damit die Entfernungsinformationen (Entfernung und Richtung) rechtzeitig vom Hindernis abgerufen werden können. Das in diesem Artikel eingeführte Drei-Richtung-Ultraschall-Messsystem (vorne, links und rechts) besteht darin, dem Roboter eine Bewegungsentfernungsinformationen bereitzustellen, um seine Vorder-, linke und rechte Umgebung zu verstehen.

Zweitens das Prinzip vonUltraschall -Abstandswandler

1. Ultraschallgenerator

Um Ultraschall zu untersuchen und zu verwenden, wurden viele Ultraschallgeneratoren entworfen und hergestellt. Im Allgemeinen können Ultraschallgeneratoren in zwei Kategorien unterteilt werden: Einer besteht darin, ultraschallwellige Wellen elektrisch zu erzeugen, und der andere ist die mechanischem Ultraschallwellen. Zu den elektrischen Methoden gehören piezoelektrische, magnetostriktive und elektrische usw.; Zu den mechanischen Methoden gehören Flöte, flüssige Pfeife und Luftpfeife. Die Frequenz-, Kraft- und Klangmerkmale der Ultraschallwellen, die sie erzeugen, sind unterschiedlich, sodass ihre Verwendungen auch unterschiedlich sind. Derzeit wird der piezoelektrische Ultraschallgenerator häufiger verwendet.

2. Prinzip des piezoelektrischen Ultraschallgenerators

Der piezoelektrische Ultraschallgenerator verwendet tatsächlich die Resonanz eines piezoelektrischen Kristalls. Die interne Struktur des Ultraschallgenerators wird gezeigt. Es hat zwei piezoelektrische Wafer und eine Resonanzplatte. Wenn ein Impulssignal auf seine beiden Pole angewendet wird, deren Frequenz der natürlichen Schwingungsfrequenz des piezoelektrischen Wafers entspricht, resoniert und treibt der piezoelektrische Wafer die Resonanzplatte mit einer Vibrat, um Ultraschallwellen zu erzeugen. Im Gegenteil, wenn keine Spannung zwischen den beiden Elektroden aufgetragen wird, wenn die Resonanzplatte Ultraschallwellen empfängt, wird der piezoelektrische Chip zum vibrieren und umwandeln, um die mechanische Energie in elektrische Signale zu wandeln, und wird dann zum Ultraschallempfänger.

3. Das Prinzip vonUltraschallwandler für die Entfernungsmessung

Der Ultraschallsender gibt Ultraschallwellen in eine bestimmte Richtung ab und beginnt gleichzeitig mit der Startzeit. Die Ultraschallwellen verbreiten sich in der Luft aus und kehren sofort zurück, wenn sie auf Hindernisse stoßen. Der Ultraschallempfänger stoppt das Timing unmittelbar nach Erhalt der reflektierten Wellen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwelle in der Luft beträgt 340 m/s. Gemäß der vom Timer aufgezeichneten Zeit t kann der Abstand zwischen dem Startpunkt und den Hindernissen berechnet werden, nämlich: s = 340T/2

Abbildung 1 Ultraschallsensorstruktur

Dies ist die sogenannte Zeitdifferenzentfernungsmethode.

Drittens das Schaltungsdesign des Ultraschallbereichs Wandler

Das Merkmal dieses Systems ist die Verwendung eines Single-Chip-Mikrocomputers zur Steuerung der Übertragung von Ultraschallwellen und des Zeitpunkts der Roundtrip-Zeit von Ultraschallwellen von der Übertragung zum Empfang. Die Einzelchip-Auswahl ist wirtschaftlich und einfach zu bedienen, und es gibt einen 4K-ROM-On-Chip für einfache Programmierung. Das Schaltplanschema wird gezeigt. Nur das Schaltplan der vorderen Rangliste wird gezogen, und die linken und rechten Ranglisten sind die gleichen wie der vorderen Reichweite.

1. 40 -kHz -Impulserzeugung und Ultraschallemission

Der Ultraschallsensor im Abstandsmesssystem übernimmt den piezoelektrischen Keramiksensor von UCM40, und seine Arbeitsspannung ist ein Impulssignal von 40 kHz, das vom Single-Chip-Computer erzeugt wird, der das folgende Programm ausführt.

Der Eingangsanschluss des vorderen Rangleitungskreises ist an den p1.0-Port des Single-Chip-Mikrocomputers angeschlossen. Nachdem der Single-Chip-Mikrocomputer das obige Programm ausgeführt hat, gibt es ein 40-kHz-Impulssignal am p1.0-Port aus, der vom Transistor T verstärkt wird, den Ultraschall-Sender UCM40T und sendet 40 kHz gepulste Ultraschallwellen aus. Und weiter 200 ms übertragen. Die Eingangsenden der rechten und linken Rangliste sind mit den Ports P1.1 bzw. P1.2 verbunden, und das Arbeitsprinzip ist das gleiche wie der der vorderen Rangliste.

2. Ultraschallempfang und Verarbeitung

Der Empfangskopf nimmt den UCM40R an, gepaart mit dem Übertragungskopf,Ultraschall -WandlersensorKonvertiert den ultraschallmodulierten Impuls in ein abwechselndes Spannungssignal, das durch die operativen Verstärker IC1A und IC1B verstärkt und dann zu IC2 hinzugefügt wird. IC2 ist ein Audio -Dekodierungsblock LM567 mit einer verschlossenen Schleife. Die mittlere Frequenz des internen Spannungs-kontrollierten Oszillators beträgt F0 = 1/1,1R8C3, und der Kondensator C4 bestimmt seine Sperrbandbreite. Einstellen von R8 an der Übertragungsträgerfrequenz ist das LM567 -Eingangssignal größer als 25 mV, und der Ausgangsstift 8 ändert sich von hoher Pegel zu niedriger Ebene, was als Interrupt -Anforderungssignal verwendet und zur Verarbeitung an den Mikrocontroller gesendet wird.

Der Ausgangsanschluss der vorderen Kreislaufschaltung ist an den MCU INT0 -Anschluss angeschlossen. Die Interrupt -Priorität ist die höchste, die Ausgabe des linken und rechten Rangleiters ist mit dem MCU INT1 -Anschluss durch die Ausgabe des und Gate IC3A angeschlossen, während die MCU P1.3 und P1.4 sind am Ende mit der Eingabe von IC3A verbunden, die Identifizierung der Interrupt -Quelle wird durch die Programmabfrage behandelt, und die Interrupt -Priorität ist zuerst und dann links.