Desain sistem pengukuran jarak ultrasonik presisi tinggi

1.1 Desain perangkat keras sistem

1.1.1 Sirkuit pemancar ultrasonik

    Sensor ultrasonik menggunakan prinsip efek piezoelektrik untuk mengubah energi listrik dan gelombang ultrasonik menjadi satu sama lain. Diagram skematik dari rangkaian peluncuran ditunjukkan pada Gambar 1. Sirkuit pemancar terutama terdiri dari inverter 74LS04 dan transduser transmisi ultrasonik. Keluaran sinyal gelombang persegi dengan port P2.1 dari mikrokomputer chip tunggal dikirim ke satu elektroda transduser ultrasonik setelah satu tahap inverter, dan yang lain dikirim ke elektroda lain dari transduser ultrasonik setelah dua tahap inverter. Bentuk dorong-tarik ini menambahkan sinyal gelombang persegi ke kedua ujung transduser ultrasonik, yang dapat meningkatkan intensitas gelombang ultrasonik. Terminal output mengadopsi dua inverter secara paralel, yang dapat meningkatkan kemampuan mengemudi. Di satu sisi, resistor atas R1 dan R2 dapat meningkatkan kemampuan drive dari inverter 74LS04 untuk menghasilkan output tingkat tinggi, di sisi lain, juga dapat meningkatkan efek redaman transduser ultrasonik dan mempersingkat waktu osilasi gratis.

1.1.2 Sirkuit penerima ultrasonik

    Sirkuit terpadu CX20106A adalah chip khusus untuk deteksi dan penerimaan inframerah, yang sering digunakan pada penerima remote control inframerah untuk televisi. Mempertimbangkan bahwa frekuensi pembawa 38 kHz yang biasa digunakan untuk remote control inframerah relatif dekat dengan frekuensi ultrasonik 40 kHz, dapat digunakan untuk membuat rangkaian penerima deteksi ultrasonik dalam desain. Gambar 2 menunjukkan rangkaian penerima ultrasonik dari artikel ini. Eksperimen menunjukkan bahwa menggunakan CX20106A untuk menerima gelombang ultrasonik memiliki sensitivitas yang baik dan kemampuan anti-interferensi yang kuat. Selain itu, mengubah ukuran kapasitor C4 dengan tepat juga dapat mengubah sensitivitas dan kemampuan anti-interferensi dari rangkaian penerima.

1.2 Desain perangkat lunak mulai ultrasonik

    Prinsip rentang ultrasonik adalah bahwa setelah generator ultrasonik T mengirimkan sinyal ultrasonik 57603 Hz pada saat tertentu, ia akan segera memulai penghitung waktu dan interupsi eksternal. Ketika gelombang ultrasonik ini dipantulkan kembali setelah menemukan objek yang akan diukur, itu diterima oleh penerima ultrasonik R. Pada saat ini, CX20106A akan menghasilkan pulsa negatif untuk memicu interupsi eksternal, dan pada saat yang sama membaca dan menyimpan nilai register timer, mematikan interupsi eksternal, dan mengukur suhu, menghitung kecepatan ultrasonik, dan mengukur jarak pada waktu yang sama. Jika jarak pengukuran lebih besar dari 23 cm atau tidak ada gema yang diterima, maka pulsa penggerak ultrasonik 40 kHz dikirim lagi untuk mengukur lagi.

    Kemudian hitung jarak sesuai dengan prinsip yang dijelaskan di atas, rumus perhitungannya adalah:

    S = T (s × 100) /2-0.75 (1)

    Dalam rumus, S adalah jarak yang diukur, unit adalah cm; T adalah perbedaan waktu antara gelombang ultrasonik pemancar dan penerima, dalam s; s adalah kecepatan gelombang ultrasonik, dalam m / s, karena jarak gelombang ultrasonik yang merambat selama transmisi dan menerima gelombang ultrasonik Ini adalah dua kali jarak yang diukur, sehingga harus dibagi dengan 2, 0,75 berikut adalah nilai kompensasi yang diperoleh dari percobaan. Formula kompensasi adalah sebagai berikut:

    s = 331.4 + 0.61temp (2)

    Dalam rumus, temp adalah suhu sekitar; s adalah kecepatan rambat ultrasonik, dalam m / s.

2 Tes sistem

    Penulis melakukan percobaan pada sistem rentang ultrasonik.

3 Kesimpulan

    Artikel ini memberikan pengantar komprehensif untuk pengintai ultrasonik presisi tinggi berbiaya rendah, dan memberikan metode desain perangkat lunak dan perangkat keras mulai dari ultrasonik. Gunakan mikrokomputer chip tunggal AT89S52 sebagai unit pemrosesan inti untuk mengurangi volume dan biaya keseluruhan instrumen. Dalam desain ini, 74LS04 digunakan untuk menggerakkan probe pemancar ultrasonik dalam bentuk push-pull. Pada saat yang sama, CX20106A dipilih untuk memperkuat, menyaring, mendeteksi dan mengeluarkan pulsa negatif ke sinyal yang diterima untuk menyelesaikan kontrol otomatis pengintai ultrasonik. Frekuensi drive ultrasonik mendeteksi jarak. Akhirnya, di bawah kendali mikrokomputer chip tunggal, jarak yang diukur dan suhu sekitar ditampilkan pada layar LCD.