Diseño de un sistema de medición ultrasónica de alta precisión.
1.1 Diseño de hardware del sistema
1.1.1 Circuito transmisor ultrasónico
Los sensores ultrasónicos utilizan el principio del efecto piezoeléctrico para convertir la energía eléctrica y las ondas ultrasónicas. El diagrama esquemático de su circuito de transmisión se muestra en la Figura 1. El circuito de transmisión está compuesto principalmente por un inversor 74LS04 y un transductor de transmisión ultrasónico. La salida de señal de onda cuadrada desde el puerto P2.1 del microordenador de un solo chip se envía a un electrodo del transductor ultrasónico a través del inversor de primer nivel, y luego se envía al otro electrodo del transductor ultrasónico después del inversor de dos niveles. Esta forma push-pull agrega una señal de onda cuadrada a ambos extremos del transductor ultrasónico, lo que puede aumentar la intensidad de emisión ultrasónica. Dos inversores están conectados en paralelo en la salida para mejorar la capacidad de conducción. Por un lado, las resistencias superiores R1 y R2 pueden mejorar la capacidad de accionamiento del nivel alto de salida del inversor 74LS04; por otro lado, también puede aumentar el efecto de amortiguación del transductor ultrasónico y acortar su tiempo de oscilación libre.
1.1.2 Circuito receptor ultrasónico
El circuito integrado CX20106A es un chip especial para la recepción de detección de infrarrojos, que a menudo se utiliza en receptores de control remoto por infrarrojos para televisores. Teniendo en cuenta que la frecuencia portadora de 38 kHz comúnmente utilizada del control remoto por infrarrojos está relativamente cerca de la frecuencia ultrasónica de 40 kHz, puede usarse para diseñar un circuito receptor de detección ultrasónica durante el diseño. La Figura 2 muestra el circuito receptor ultrasónico de este artículo. El experimento demuestra que el uso de CX20106A para recibir ondas ultrasónicas tiene buena sensibilidad y una fuerte capacidad antiinterferente. Además, cambiar adecuadamente el tamaño del condensador C4 también puede cambiar la sensibilidad y la capacidad antiinterferente del circuito receptor.
1.2 Diseño de software de medición de distancia ultrasónica
El principio del rango ultrasónico es que después de que el generador ultrasónico T envía una señal ultrasónica de 57 603 Hz en un momento determinado, iniciará inmediatamente el contador del temporizador y la interrupción externa. Cuando esta onda ultrasónica se refleja de nuevo después de encontrar el objeto medido, es recibida por el receptor ultrasónico R. En este momento, CX20106A generará un pulso negativo para activar la interrupción externa, al mismo tiempo leer y guardar el valor del registro del temporizador, apagar la interrupción externa, al mismo tiempo medir la temperatura, calcular la velocidad ultrasónica y medir la distancia. Si la distancia de medición es mayor de 23 cm o no se recibe eco, se envía otro pulso de impulsión ultrasónica de 40 kHz para volver a medir.
Luego calcule la distancia de acuerdo con el principio descrito anteriormente, la fórmula de cálculo es:
S = T (s × 100) ／2-0.75 (1)
En la fórmula, S es la distancia medida, la unidad es cm; T es la diferencia de tiempo entre transmitir y recibir ondas ultrasónicas, la unidad es s; s es la velocidad ultrasónica, la unidad es m / s, debido a la distancia de las ondas ultrasónicas durante la transmisión y recepción de ondas ultrasónicas Para medir la distancia dos veces, se divide por 2; el último 0.75 es el valor de compensación obtenido por el experimento. La fórmula de compensación es la siguiente:
s = 331.4 + 0.61temp (2)
En la fórmula, temp es la temperatura ambiente; s es la velocidad de propagación de la onda ultrasónica y la unidad es m / s.
2 prueba del sistema
El autor realizó experimentos en el sistema de medición ultrasónica a través de experimentos.
3 Conclusión
Este artículo ofrece una introducción completa al buscador de rango ultrasónico de alta precisión y bajo costo, y ofrece el método de diseño de software y hardware para la medición de rango ultrasónico. Adopte el microordenador de un solo chip AT89S52 como la unidad de procesamiento central para reducir el volumen y el costo de todo el instrumento. Este diseño utiliza 74LS04 e impulsa la sonda de transmisión ultrasónica en forma de push-pull. Al mismo tiempo, CX20106A se utiliza para amplificar, filtrar, detectar y emitir pulsos negativos para completar el control automático del telémetro ultrasónico, y la frecuencia de la unidad ultrasónica se utiliza para detectar la distancia. Finalmente, bajo el control del microordenador de un solo chip, la distancia medida y la temperatura ambiente se muestran a través de la pantalla LCD.