Розроблено цифровий ультразвуковий далекомір
1. Введення
Ультразвукові хвилі поширюються з різною швидкістю в газах, рідинах і твердих тілах, мають хорошу спрямованість, концентровану енергію, мінімальне загасання під час передачі та сильну здатність відбивати. Ультразвукові хвилі можуть поширюватися з певною швидкістю та утворювати відбиття при зустрічі з перешкодами. Використовуючи цю характеристику, можна обчислити фактичну відстань, вимірявши час, необхідний для проходження ультразвукових хвиль вперед і назад, таким чином досягаючи безконтактного вимірювання відстані до об’єктів. Ультразвукове визначення дальності є швидким, зручним і на нього не впливають такі фактори, як світло. Він широко використовується в гідрологічних вимірюваннях рівня рідини, вимірюваннях на будівельних майданчиках, моніторингу розташування на місці, виявленні перешкод транспортного засобу заднім ходом, виявленні та позиціонуванні мобільних машин та в інших областях. Цифровий ультразвуковий далекомір, розроблений у цій статті, підраховує тактові імпульси, що надходять на певну частоту лічильника протягом часу проходження ультразвуку в обидві сторони, і відображає відповідну відстань вимірювання.
2. Схема та принцип дії ультразвукового далекоміра
Ультразвуковий далекомір складається з контуру генерації ультразвуку, контуру підсилення прийому ультразвуку, схеми підрахунку та відображення.
2.1 Схема генерації ультразвуку
Схема генерації ультразвуку. Подвійний таймер EN556 (U2b) утворює моностабільний тригер. R6 і C6 утворюють диференціальну схему, яка функціонує наступним чином: коли натискається кнопка S2, низький рівень перетворюється на позитивний і негативний спайк-імпульс, який проходить через VD1, щоб отримати негативний сплеск-імпульс, запускаючи моностабільний переворот тригера. Тривалість моностабільного фліп-виходу високого рівня становить близько 1 мс, що становить tw ≈ 1,1R5C5 ≈ 1 мс. EN556 (U2n) утворює багатогармонічний осцилятор із частотою коливань f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40 кГц. Коливання генератора контролюється вихідним рівнем моностабільного тригера. Коли моностабільний тригер видає високий рівень, багатогармонічний осцилятор коливається, висновок 5 EN556 видає приблизно 40 прямокутних імпульсів із частотою 40 кГц і шпаруватістю приблизно 50%. Враховуючи нестабільність пускового каскаду багатогармонічного генератора, розроблено більшу кількість вихідних імпульсів. Якщо кількість вихідних імпульсів занадто мала, інтенсивність випромінювання низька, а відстань вимірювання коротка. Зонд датчика вологості, датчик PT100 з електричною нагрівальною трубкою з нержавіючої сталі, нагрівач з литого алюмінію, електромагнітний клапан рідини нагрівальної спіралі, але кількість імпульсів занадто велика, а тривалість випромінювання велика. Коли відстань до вимірюваного об’єкта є близькою, ланцюг імпульсів не був повністю випущений, що призводить до того, що відлуння, створене першим випромінюваним імпульсом, досягає приймального кінця, впливаючи на результат вимірювання дальності та збільшуючи сліпу пляму визначення дальності. U1a~U1e 74HC04 (U1) утворюють схему керування ультразвуковим імпульсом, яка може збільшити амплітуду імпульсної напруги керуючого ультразвукового датчика, ефективно виконувати електричне/акустичне перетворення, покращувати здатність випромінювати ультразвукові хвилі та збільшувати відстань вимірювання. Послідовність імпульсів 40 кГц інвертується через U1a, а потім інвертується через паралельні інвертори U1b і U1e; Інший шлях – через зворотну фазу паралельних інверторів U1c і U1d на півдні.
