Telèmetre digital ultrasònic desenvolupat
1. Introducció
Les ones ultrasòniques es propaguen a diferents velocitats en gasos, líquids i sòlids, amb bona direccionalitat, energia concentrada, una atenuació mínima durant la transmissió i una forta capacitat de reflexió. Les ones ultrasòniques es poden propagar a una certa velocitat i formar reflexos quan es troben amb obstacles. Mitjançant aquesta característica, la distància real es pot calcular mesurant el temps que triguen les ones ultrasòniques a viatjar cap endavant i cap enrere, aconseguint així la mesura de la distància sense contacte dels objectes. El rang ultrasònic és ràpid, còmode i no es veu afectat per factors com la llum. S'utilitza àmpliament en el mesurament del nivell de líquids hidrològics, el mesurament del lloc de construcció, el seguiment de la posició in situ, la detecció d'obstacles inversos del vehicle, la detecció i el posicionament de màquines mòbils i altres camps. El telèmetre ultrasònic digital dissenyat en aquest article compta els polsos del rellotge introduïts a una freqüència específica del comptador durant el temps d'anada i tornada d'ultrasons i mostra la distància de mesura corresponent.
2. Composició del circuit i principi de funcionament del telèmetre ultrasònic
El telèmetre ultrasònic consta d'un circuit generador d'ultrasons, un circuit d'amplificació de recepció d'ultrasons, un circuit de comptatge i visualització.
2.1 Circuit de generació d'ultrasons
Circuit de generació d'ultrasons. El temporitzador dual EN556 (U2b) forma un disparador monoestable. R6 i C6 formen un circuit diferencial, que funciona de la següent manera: quan es prem el botó S2, el nivell baix es converteix en un pols d'espiga positiu i negatiu, que passa per VD1 per obtenir un pols d'espiga negatiu, provocant un activador monoestable. La durada d'alt nivell de la sortida monoestable és d'aproximadament 1 ms, que és tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1 ms. EN556 (U2n) forma un oscil·lador multiharmònic amb una freqüència d'oscil·lació de f1=1/T1 ≈ 1/{0,7 [(R{1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40 kHz. L'oscil·lació de l'oscil·lador està controlada pel nivell de sortida del disparador monoestable. Quan el disparador monoestable emet un alt nivell, l'oscil·lador multiharmònic oscil·la, el Pin 5 de EN556 emet aproximadament 40 polsos rectangulars amb una freqüència de 40 kHz i un cicle de treball d'aproximadament el 50%. Tenint en compte la inestabilitat de l'etapa inicial d'un oscil·lador multiharmònic, es dissenya un nombre més gran de polsos de sortida. Si el nombre de polsos de sortida és massa petit, la intensitat d'emissió és baixa i la distància de mesurament és curta. La sonda del sensor d'humitat, el sensor PT100 del tub de calefacció elèctric d'acer inoxidable, l'escalfador d'alumini fos, la vàlvula de solenoide de fluid de bobina de calefacció, però el nombre de polsos és massa elevat i la durada de l'emissió és llarga. Quan la distància de l'objecte mesurat és propera, el tren de polsos no s'ha emès completament, la qual cosa fa que l'eco generat pel primer pols emès arribi a l'extrem receptor, afectant el resultat de la gamma i augmentant el punt cec de la distància. El U1a ~ U1e de 74HC04 (U1) formen un circuit de conducció de pols ultrasònic, que pot augmentar l'amplitud de la tensió del pols del sensor ultrasònic de conducció, realitzar eficaçment la conversió elèctrica/acústica, millorar la capacitat d'emetre ones ultrasòniques i augmentar la distància de mesura. El tren de polsos de 40 kHz s'inverteix a través de U1a, i després s'inverteix mitjançant els inversors paral·lels U1b i U1e; L'altra via és a través de la fase inversa dels inversors paral·lels U1c i U1d al sud.
