Thiết kế hệ thống đo khoảng cách siêu âm có độ chính xác cao

1.1 Thiết kế phần cứng hệ thống

1.1.1 Mạch phát siêu âm

    Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý hiệu ứng áp điện để chuyển đổi năng lượng điện và sóng siêu âm thành nhau. Sơ đồ nguyên lý của mạch khởi động được hiển thị trong Hình 1. Mạch truyền chủ yếu bao gồm biến tần 74LS04 và đầu dò truyền siêu âm. Đầu ra tín hiệu sóng vuông từ cổng P2.1 của máy vi tính đơn chip được gửi đến một điện cực của đầu dò siêu âm sau biến tần một tầng, và đầu kia được gửi đến điện cực khác của đầu dò siêu âm sau biến tần hai cấp. Dạng kéo đẩy này thêm tín hiệu sóng vuông vào cả hai đầu của đầu dò siêu âm, có thể làm tăng cường độ của sóng siêu âm. Thiết bị đầu cuối đầu ra thông qua hai bộ biến tần song song, có thể cải thiện khả năng lái xe. Một mặt, các điện trở trên R1 và R2 có thể cải thiện khả năng lái xe cao cấp của biến tần 74LS04, mặt khác, nó cũng có thể làm tăng hiệu ứng giảm xóc của đầu dò siêu âm và rút ngắn thời gian dao động tự do.

1.1.2 Mạch nhận siêu âm

    Mạch tích hợp CX20106A là một con chip chuyên dụng để phát hiện và thu hồng ngoại, thường được sử dụng trong các máy thu điều khiển từ xa hồng ngoại cho TV. Có tính đến tần số sóng mang 38 kHz thường được sử dụng của điều khiển từ xa hồng ngoại tương đối gần với tần số siêu âm 40 kHz, nó có thể được sử dụng để tạo mạch nhận phát hiện siêu âm trong thiết kế. Hình 2 cho thấy mạch nhận siêu âm của bài viết này. Các thí nghiệm cho thấy sử dụng CX20106A để nhận sóng siêu âm có độ nhạy tốt và khả năng chống nhiễu mạnh. Ngoài ra, việc thay đổi kích thước của tụ điện C4 một cách thích hợp cũng có thể thay đổi độ nhạy và khả năng chống nhiễu của mạch thu.

1.2 Thiết kế phần mềm siêu âm

    Nguyên lý của phạm vi siêu âm là sau khi máy phát siêu âm T phát ra tín hiệu siêu âm 57 603 Hz tại một thời điểm nhất định, nó sẽ ngay lập tức khởi động bộ đếm thời gian và ngắt ngoài. Khi sóng siêu âm này được phản xạ trở lại sau khi bắt gặp đối tượng cần đo, nó được nhận bởi máy thu siêu âm R. Tại thời điểm này, CX20106A sẽ tạo ra xung âm để kích hoạt ngắt ngoài, đồng thời đọc và lưu giá trị của thanh ghi hẹn giờ, tắt ngắt ngoài và đo nhiệt độ, tính tốc độ siêu âm và đo khoảng cách. Nếu khoảng cách đo lớn hơn 23 cm hoặc không nhận được tiếng vang, thì các xung ổ đĩa siêu âm 40 kHz được gửi lại để đo lại.

    Sau đó tính khoảng cách theo nguyên tắc mô tả ở trên, công thức tính là:

    S = T (s × 100) /2-0,75 (1)

    Trong công thức, S là khoảng cách đo được, đơn vị là cm; T là chênh lệch thời gian giữa truyền và nhận sóng siêu âm, tính bằng tốc độ của sóng siêu âm, tính bằng m / s, do khoảng cách mà sóng siêu âm lan truyền trong khi truyền và nhận sóng siêu âm Nó gấp đôi khoảng cách đo được, do đó phải chia cho 2, 0,75 sau đây là giá trị bù thu được từ thí nghiệm. Công thức bồi thường như sau:

    s = 331,4 + 0,61temp (2)

    Trong công thức, nhiệt độ là nhiệt độ môi trường xung quanh; s là tốc độ lan truyền siêu âm, tính bằng m / s.

2 Kiểm tra hệ thống

    Tác giả đã tiến hành thí nghiệm trên hệ thống siêu âm.

3. Kết luận

    Bài viết này giới thiệu toàn diện về máy đo siêu âm có độ chính xác cao, chi phí thấp và cung cấp cho các phương pháp thiết kế phần mềm và phần cứng của phạm vi siêu âm. Sử dụng máy vi tính đơn chip AT89S52 làm bộ xử lý lõi để giảm âm lượng và giá thành của thiết bị tổng thể. Trong thiết kế này, 74LS04 được sử dụng để điều khiển đầu dò máy phát siêu âm ở dạng kéo đẩy. Đồng thời, CX20106A được chọn để khuếch đại, lọc, phát hiện và phát xung âm tới tín hiệu nhận được để hoàn thành điều khiển tự động của máy đo khoảng cách siêu âm. Cuối cùng, dưới sự điều khiển của máy vi tính đơn chip, khoảng cách đo được và nhiệt độ môi trường được hiển thị trên màn hình LCD.