Produktionsplan von Ultraschalluntersuchung

Der Ultraschall-Entfernungsmesser nimmt die NE555-Schaltung, einen zweistufigen Verstärkerschaltkreis und den Pegelvergleichskreis an, um die Übertragung und den Empfang von Ultraschallwellen zu realisieren. Der Komparator ist die Kerneinheit des Entfernungsmessers, die die Steuerung der Sendungsschaltung und die Verarbeitung der empfangenen Daten realisiert. Dieses System hat einen starken praktischen Wert und gute Marktaussichten.

一 Der Gesamtplan

1.1 Alternativen

Lösung 1: Ultrasonic RangeFinder verwendet diskrete Module

Das System umfasst fünf Teile: Ultraschall -Abstandsmessmodul, LED -Digitalanzeigemodul, Antriebsmodulsteuermodul und Stromversorgung.

Der Ultraschall -Rangierungsmodulsensor besteht hauptsächlich aus dem Sendeteil und dem Empfangteil. Die Übertragung eines kleinen Ultraschallwandlers wird vom Hauptregler gesteuert (wie in Abbildung 1 gezeigt); Der Ultraschallwandler schwingt bei einer Frequenz von 40 kHz mit und das Modul hat eine 40 -kHz -Quadratwellenerzeugung.

Das Anzeigemodul ist ein 8-stelliges Segment Digital Display LCD. Das Messergebnisanzeige verwendet einen dreistelligen Feldcode, das Format sind X-Punkte xx Meter und ein zweistelliger Segmentcode wird zur Anzeige der Datenzahl verwendet.

Die Stromversorgung verwendet 9 V Gleichstromeingabe. Nach dem Spannungsreglerrohr werden für verschiedene Teile des Systems 5V- und 3,3 -V -Netzteile verwendet.

Abbildung 1 Die Struktur des Ultraschallbereichssensors

Schema 2: Ultraschallabstandsmesser basierend auf PIC16F876A -Mikrocontroller.

Der Ultraschallbereich basiert hauptsächlich auf dem Einzelchip -Mikrocomputer PIC16F876A. Sein Sender nutzt die Resonanz des piezoelektrischen Kristalls, um die umgebende Luft zu fahren, um sie zur Arbeit zu vibrieren. Der Ultraschall -Sender gibt Ultraschallwellen in eine bestimmte Richtung aus und beginnt mit dem Zeitpunkt, mit dem sich die Ultraschallwellen in der Luft befinden. Ausbreitung wird sofort zurückgeführt, wenn es auf ein Hindernis auf dem Weg trifft, und der Ultraschallempfänger stoppt das Timing, wenn es die reflektierte Welle empfängt. Unter normalen Umständen beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in der Luft 340 m/s. Gemäß der vom Timer aufgezeichneten Zeit t können die Entfernungen zwischen dem Startpunkt und dem Hindernis berechnet werden, dh S = 340 & Times; t/2, was üblicherweise Zeitdifferenzmethode für die Entfernungsmessung verwendet wird.

Bei der Gestaltung des Rangleitungsschaltkreises wird die relevante Zählmethode angewendet. Das Hauptprinzip des Ultraschall-Wandlersensors ist das Single-Chip-Mikrocomputer-System, das zuerst Impulssignale für die Senderschaltung während der Messung liefert, und der Einzelchip-Zähler befindet sich im Wartezustand und zählt nicht. Wenn das Signal für einen bestimmten Zeitraum übertragen wird, sendet der Single-Chip-Mikrocomputer das Signal dazu, dass das System das Übertragungssignal herunterschaltet, und der Zähler beginnt mit der Zählung, um zu Beginn eine Synchronisation zu erreichen. Wenn der letzte Impuls des empfangenen Signals eintrifft, hört der Zähler auf zu zählen.

Das Zwei-Wege-Ultraschall-Entfernungsmessersystem besteht hauptsächlich aus mehreren Teilen (wie in Abbildung 2 gezeigt): LED-Anzeigemodul, PIC16F876A-Chip, Ultraschalltransmittermodul, Ultraschallempfängermodul, Leistungsmodul und andere fünf Module.

Abbildung 2 Gesamtblockdiagramm des Systemdesigns

1.2 Auswahl der Schema

Da das Design dieses Ultraschallluftwandlers das Digital-Analog-Schaltungsdesign ist und die MCU-Programmierung den Teammitgliedern nicht bekannt ist, wird das Debuggen auf größere Schwierigkeiten stoßen. Scheitel 1 Schaltkreise werden für das Erlernte erstellt, und die Prinzipien sind relativ vertraut, daher wird Schema 1 mit komplizierteren Hardware -Schaltkreisen übernommen.

二 Design und Implementierung

Der Ultraschallbereichsfinder basiert auf den Eigenschaften von Ultraschallwellen, die sich bei Hindernissen widerspiegeln. Der Ultraschallsender emittiert Ultraschallwellen in eine bestimmte Richtung und beginnt gleichzeitig mit der Übertragung zu zielen. Die Ultraschallwellen verbreiten sich in der Luft aus und kehren sofort zurück, wenn sie auf Hindernisse stoßen. Der Ultraschallempfänger unterbricht sofort und stoppt das Timing, wenn die reflektierten Wellen empfangen werden. Durch kontinuierliches Erfassen der Echos, die sich durch nach der erzeugten Welle auftretende Hindernisse widerspiegeln, wird der Zeitunterschied t zwischen der übertragenen Ultraschallwelle und dem empfangenen Echo gemessen, und dann wird der Abstand L erhalten. Die Grundablaufformel lautet: l = (△ t/2)*c

wobei l der Abstand ist zu messen

T - das Zeitintervall zwischen der übertragenen Welle und der reflektierten Welle

C - - Die Schallgeschwindigkeit von Ultraschall in der Luft, die 340 m/s bei Raumtemperatur beträgt

Nachdem die Schallgeschwindigkeit bestimmt wurde, kann L erhalten werden, solange die Rundwegzeit der Ultraschallwelle gemessen wird.

2.1 Prinzip des Ultraschallbereichs

2.1.1 Startteil

Abbildung 3 Ultraschallemissionsstrukturdiagramm besteht aus zwei 555 integrierten Schaltungen. IC1 (555) bildet den Ultraschallimpulssignalgenerator, die Formel zur Berechnung des Arbeitszyklus ist wie folgt, es gibt einige Unterschiede in der tatsächlichen Schaltung aufgrund von Fehlern wie Komponenten.

Bedingungen: ra = 9,1mΩ, Rb = 150 kΩ, c = 0,01 μf

Tl = 0,69 x Rb x C = 0,69 x 150 x 103 x 0,01 x 10-6 = 1 msc

Th = 0,69 x (ra + rb) x c = 0,69 x 9250 × 103 x 0,01 x 10-6 = 64 msc

IC2 stellt einen Ultraschallträger -Signalgenerator dar. Durch den Pulssignalausgang durch IC1 gesteuert, gibt es einen 1 ms Impuls mit einer Frequenz von 40 kHz, einem Arbeitszyklus von 50%und einem Stopp für 64 ms aus. Berechnet wie folgt:

Bedingungen: ra = 1,5 kΩ, Rb = 15 kΩ, c = 1000pf

Tl = 0,69 x Rb x C = 0,69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10 μs

Th = 0,69 x (ra + rb) x c = 0,69 x 16,5 × 103 x 1000 x 10-12 = 11 μsek

F = 1/(tl + th) = 1/((10,35 + 11,39) x 10-6) = 46,0 kHz

IC3 (CD4069) besteht aus den Ultraschallübertragungskopfantriebskreis.