Розробка цифрового ультразвукового далекоміра
Ультразвукові хвилі поширюються з різною швидкістю в газах, рідинах і твердих тілах. Вони мають хорошу спрямованість, концентровану енергію, невелике загасання під час передачі та сильну здатність відбивати. Ультразвукові хвилі можуть поширюватися спрямовано з певною швидкістю та утворювати відбиття при зустрічі з перешкодами. Використовуючи цю характеристику, фактичну відстань можна розрахувати шляхом вимірювання часу, необхідного для повернення ультразвукових хвиль, таким чином досягаючи безконтактного вимірювання відстані до об’єкта. Ультразвукове визначення дальності є швидким, зручним і на нього не впливають такі фактори, як світло. Він широко використовується для вимірювання гідрологічного рівня, вимірювання на будівельному майданчику, моніторингу місця розташування на місці, виявлення перешкод при русі транспортних засобів, виявлення та позиціонування мобільних машин та інших сферах. Цифровий ультразвуковий далекомір, розроблений у цій статті, підраховує тактові імпульси певної частоти, що надходять на лічильник, протягом часу проходження ультразвукового сигналу туди й назад, а потім відображає відповідну відстань вимірювання.
Склад і принцип дії схеми ультразвукового далекоміра
Ультразвуковий далекомір складається з ланцюга генерації ультразвуку, ланцюга приймального підсилювача ультразвуку та лічильника та схеми відображення.
Контур ультразвукової генерації
Подвійний таймер EN556 (U2b) утворює моностабільний тригер. R6 і C6 утворюють диференціальну схему, і її функція така: коли натискається кнопка S2, низький рівень стає позитивним і негативним піковим імпульсом, а негативний піковий імпульс отримується через VD1, викликаючи переворот моностабільного тригера. Високий рівень моностабільного фліп-виходу триває приблизно 1 мс, тобто tw≈1,1R5C5≈1 мс. EN556 (U2n) утворює мультивібратор із частотою коливань f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22 }}R4)]C3≈40кГц. Коливання генератора контролюється вихідним рівнем моностабільного тригера. Коли моностабільний тригер видає високий рівень, мультивібратор коливається, і висновок 5 EN556 видає близько 40 прямокутних імпульсів із частотою 40 кГц і робочим циклом приблизно 50%. Враховуючи, що мультивібратор нестабільний на етапі пуску, він розрахований на видачу більшої кількості m імпульсів. Якщо вихідних імпульсів занадто мало, інтенсивність випромінювання буде малою, а відстань вимірювання – короткою. Зонд датчика вологості, електрична нагрівальна трубка з нержавіючої сталі, датчик PT100, нагрівач з литого алюмінію, електромагнітний клапан рідини нагрівача. Однак кількість імпульсів занадто велика, а тривалість випромінювання велика. Коли відстань до вимірюваного об’єкта є близькою, ланцюг імпульсів не був повністю переданий, що спричиняє Ехо, створене імпульсом, переданим першим, досягне приймального кінця, впливаючи на результати вимірювання відстані та спричиняючи збільшення сліпої зони вимірювання відстані. U1a~U1e з 74HC04 (U1) утворюють схему приводу ультразвукового імпульсу, яка може збільшити амплітуду імпульсної напруги, яка керує датчиком надсилання ультразвуку, ефективно виконувати електричне/акустичне перетворення, покращувати здатність передавати ультразвукові хвилі та покращувати вимірювання відстань. Один шлях серії імпульсів 40 кГц інвертується через U1a, а потім інвертується через інвертор, підключений паралельно між U1b і U1e; інший шлях інвертується через інвертор, підключений паралельно між U1c і U1d.
