Comment concevoir le système de tâtais de capteur à ultrasons

Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2020-05-29 origine:Propulsé

enquête

Le transducteur ultrasonique de tâches est principalement utilisé dans le domaine de la mesure sans contact. À l'heure actuelle, le système ultrasonique spécial pour la mesure de la distance est difficile à largement utilisé dans certaines applications petites et moyennes en raison du coût élevé. Avec le développement de l'intelligence automobile, il est nécessaire de développer de nouveaux capteurs à ultrasons qui peuvent mesurer la distance avec une précision plus élevée, et le coût est faible. Cependant, en raison de l'exigence de haute précision, le capteur à ultrasons conventionnel a une structure compliquée et ne peut pas être automatiquement ajusté en fonction de différents environnements, ce qui a un coût élevé et une mauvaise adaptabilité. Cet article présente le développement d'un transducteur de télémètre à affichage numérique à faible coût et de haute précision avec un micro-ordinateur à puce AT89C2051 comme noyau. Étant donné que ce capteur à ultrasons peut tester la température ambiante et s'adapter, les performances des coûts sont meilleures que certains produits similaires existants. Ce capteur à ultrasons peut être utilisé dans la plage de température de 0 ℃ ~ 40 ℃, allant de 0,1 m à 0,3 m, avec une précision de 1 mm, de sorte qu'il peut être utilisé à certaines occasions spéciales, telles que le stationnement en libre-service, la suspension intelligente et ajustement des phares, etc.

Conception matérielle du transducteur à distance à ultrasons

Le principe de fonctionnement du transducteur ultrasonore en acier inoxydable est illustré à la figure 1. Le système se compose de micro-ordinateur à 29C2051, de transmission ultrasonique, de circuit d'amplificateur de réception, de circuit d'acquisition de température ambiante et de circuit d'affichage. AT89C205L MCU est le composant central de l'ensemble du système, coordonnant le travail de chaque composant. La source d'oscillation contrôlée par le micro-ordinateur à puce génère un signal de fréquence de 40 kHz pour conduire le capteur à ultrasons. Chaque transmission contient 10 impulsions. Une fois la première impulsion à ultrasons transmise, le compteur commence à compter. Au moment où la première impulsion d'écho est détectée, le compteur s'arrête, de sorte que le temps de la transmission à la réception peut être obtenu; Le circuit d'acquisition de température envoie également la collecte de données de température ambiante au micro-ordinateur à puce unique pour fournir la correction de la vitesse de propagation à ultrasons lors du calcul de la distance. Enfin, l'ordinateur à puce unique utilise la formule pour calculer la distance de mesure, qui est affichée sur l'écran. Les ports série RXD et TXD du micro-ordinateur à puce unique sont respectivement connectés au RXD et au TXD du circuit d'affichage pour former un circuit d'affichage statique en série; La minuterie / compteur T0 est connectée à la sortie du convertisseur V / F pour réaliser la fonction d'acquisition de fréquence; P1. 7 connecté à l'extrémité de commande du multivibratrice CMOS, via un logiciel pour rendre la sortie du port P1.7 à haut ou bas niveau, contrôlant ainsi la transmission des ondes ultrasoniques; P1.6 est contrôlé par une diode de commutation IN4L48 et le circuit de génération de tension de référence de la borne LM324 du comparateur est connecté, définissez P1.6 sur \"1 \" Lors de la transmission d'ondes ultrasoniques, le niveau de sortie peut supprimer le retournement du comparateur, qui peut supprimer efficacement les ondes ultrasoniques émises par l'émetteur pour rayonner directement vers le récepteur et provoquer une détection erronée; Après la fin de la transmission, P1.6 est défini sur \"0 \", à l'heure actuelle, en scannant le P1.2 121 connecté à la sortie du comparateur, selon l'état d'entrée du port P1.2 pour déterminer si l'écho est reçu. Les émissions ultrasoniques et le circuit de conduite sont produits par l'oscillateur RC composé de CD4011, et le capteur de température adopte AD590.

Mesure du temps

La période du signal ultrasonique utilisé dans la mesure du temps est de 25 μs, mais une source de signal ultrasonique équivalent à une longueur d'onde d'environ 9 mm à 20 ° C est nécessaire. Pour garantir la précision, un détecteur de longueur d'onde est requis. La source de signal à ultrasons est composée d'un générateur de signal et d'un circuit de détection de croisement zéro. Le générateur de signal arbitraire se compose d'un EPROM de 16kbyte qui peut stocker des formes d'onde arbitraires, un compteur 16 bits pour la balayage EPROM et un DAC. Le détecteur de croisement zéro se compose d'un détecteur de valeur de seuil. La valeur seuil du détecteur fait partie de la valeur de crête du signal reçu, de sorte que le détecteur peut comparer le signal reçu en fonction du potentiel zéro de référence. Cela permet de détecter le signal dans la zone du signal dans la plus grande mesure, minimisant ainsi l'interférence du bruit.

Le signal d'excitation stocké dans l'EPROM doit être conçu pour recevoir des échos suffisants pour empêcher le premier récepteur de seuil d'interférer avec différents cycles. Ces signaux spéciaux sont traités par un programme d'optimisation contraint, qui vise principalement à minimiser l'énergie de l'écho afin de limiter la valeur de crête de l'écho à une valeur fixe. Le signal de conduite le plus approprié x (f) qui permet de recevoir l'écho y (f) la plus faible d'une amplitude fixe peut être obtenu en résolvant l'équation suivante.

Le résultat optimal dépend principalement de l'amplitude de l'écho sélectionné. Plus l'écho est bas, plus l'amplitude est faible, et plus la possibilité d'interférence est faible par une amplitude de bruit connexe. Le meilleur signal à utiliser dans toutes les conditions dépend de la quantité réelle de bruit. Le capteur à ultrasons a également un système de mesure du bruit simple. Le système peut estimer le bruit réel en surveillant le signal d'entrée pendant la phase sans écho. La sortie de ce système de mesure du bruit peut être convertie dans des conditions de bruit faibles, moyennes et élevées.

De plus, l'amplitude du transducteur ultrasonique à courte portée dépend principalement de la réflectivité et de la distance du sol. Ces effets peuvent être minimisés par un amplificateur de contrôle de gain automatique dans le circuit de réception. Par conséquent, l'amplitude d'écho peut être maintenue à une valeur fixe. Cela utilise le seuil fixe dans le premier détecteur. La sortie du détecteur de croisement zéro peut être utilisée pour conduire un tampon (la sortie du compteur peut être verrouillée dans le délai de l'Echo). Si un nouvel écho n'est pas détecté, la sortie du tampon n'est pas mise à jour. Cela évite les mesures dénuées de sens. La valeur tamponnée est basée sur le temps de propagation et une valeur fixe connue NA (cette valeur est déterminée par son stockage dans EPROM et le niveau de seuil du premier détecteur). L'horloge système est de 8 MHz, donc la période est de 125 ns. Lorsqu'une distance dépasse 1 m, le temps de mesure maximum est d'environ 8 ms. Un oscillateur multi-harmonique à 50 Hz fournit une lecture de comptoir toutes les 20 ms.

Capteur de température et compensation d'erreur automatique

La température de l'air est détectée par un capteur de température et traitée par le circuit. Il est installé dans la sonde, l'erreur ne dépasse pas 1 ℃. La compensation automatique de l'erreur peut être dérivée du circuit analogique simple illustré à la figure 2. v est proportionnel à la distance mesurée.

Idées de conception de logiciels
Étant donné que le capteur de transmission à ultrasons est très proche du capteur de réception à ultrasons, lors de la transmission d'ondes ultrasoniques, le capteur ultrasonique de réception recevra un fort signal d'interférence. Afin d'empêcher le système de dénaturer, la technologie de réception de retard est adoptée dans le logiciel pour améliorer la capacité anti-interférence du système. Lorsque le bouton Démarrer est enfoncé, la commande pour transmettre des ondes ultrasoniques est envoyée et le système de contrôle commence à exécuter le programme pour terminer la collecte de température; L'intervalle de temps de l'envoi et de la réception des ondes ultrasoniques est mesuré; Enfin, la distance mesurée est calculée par le programme de traitement numérique et envoyée à l'affichage pour l'affichage. Le logiciel système adopte la conception modulaire, qui est composée de modules principaux tels que le programme principal, les sous-programmes de mesure de distance, les sous-programmes de mesure de la température et les sous-programmes d'affichage. Le diagramme de bloc de programme principal est indiqué dans.

Résultats de test
Ce système est utilisé pour la distance de transducteur ultrasonique de mesure de distance sans contact. Lorsque deux objets à 0,1 m ~ 0,3 m et la température ambiante ont changé de 0 ℃ ~ 40 ℃, le test réel a été effectué. Étant donné que le système a ajouté le système de correction de température et la technologie de compensation du logiciel, la précision de mesure du système a été considérablement améliorée. Le test réel prouve que la précision de mesure du système peut atteindre ± 0,01 m après correction.