Desarrollo de distanciómetro ultrasónico digital.
Las ondas ultrasónicas se propagan a diferentes velocidades en gases, líquidos y sólidos. Tienen buena directividad, energía concentrada, pequeña atenuación durante la transmisión y fuertes capacidades de reflexión. Las ondas ultrasónicas pueden propagarse direccionalmente a cierta velocidad y formar reflejos al encontrar obstáculos. Usando esta característica, la distancia real se puede calcular midiendo el tiempo que tardan las ondas ultrasónicas en regresar, logrando así una medición sin contacto de la distancia al objeto. El alcance ultrasónico es rápido, conveniente y no se ve afectado por factores como la luz. Es ampliamente utilizado en medición de nivel hidrológico, medición de sitios de construcción, monitoreo de ubicación en sitio, detección de obstáculos de marcha atrás de vehículos, detección y posicionamiento de entrada de máquinas móviles y otros campos. El medidor de distancia ultrasónico digital diseñado en este artículo cuenta los pulsos de reloj de una entrada de frecuencia específica al contador durante el tiempo de ida y vuelta del ultrasonido y luego muestra la distancia de medición correspondiente.
Composición y principio de funcionamiento del circuito del distanciómetro ultrasónico.
El distanciómetro ultrasónico se compone de un circuito generador de ultrasonidos, un circuito amplificador de recepción de ultrasonidos y un circuito de conteo y visualización.
Circuito generador ultrasónico
El temporizador dual EN556 (U2b) forma un disparador monoestable. R6 y C6 forman un circuito diferencial, y su función es: cuando se presiona el botón S2, el nivel bajo se convierte en un pulso pico positivo y negativo, y se obtiene un pulso pico negativo a través de VD1, lo que activa el giro del disparador monoestable. El nivel alto de la salida flip monoestable dura aproximadamente 1 ms, es decir, tw≈1.1R5C5≈1ms. EN556 (U2n) forma un multivibrador con una frecuencia de oscilación f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22 }}R4)]C3≈40kHz. La oscilación del oscilador está controlada por el nivel de salida del flip-flop monoestable. Cuando el disparador monoestable genera un nivel alto, el multivibrador oscila y el pin 5 del EN556 emite aproximadamente 40 pulsos rectangulares con una frecuencia de 40 kHz y un ciclo de trabajo de aproximadamente el 50%. Teniendo en cuenta que el multivibrador es inestable en la etapa de arranque, está diseñado para generar una mayor cantidad de m pulsos. Si el número de pulsos de salida es demasiado pequeño, la intensidad de la emisión será pequeña y la distancia de medición será corta. Sonda del sensor de humedad, tubo de calentamiento eléctrico de acero inoxidable, sensor PT100, calentador de aluminio fundido, válvula solenoide de fluido del serpentín de calentamiento. Sin embargo, el número de pulsos es demasiado y la duración de la emisión es larga. Cuando la distancia al objeto medido es cercana, el tren de pulsos no se ha transmitido por completo, lo que provoca que el eco generado por el pulso transmitido primero llegue al extremo receptor, afectando los resultados de medición y provocando que aumente la zona ciega de medición. U1a ~ U1e de 74HC04 (U1) forman un circuito de impulso de pulso ultrasónico, que puede aumentar la amplitud del voltaje del pulso que impulsa el sensor de envío ultrasónico, realizar de manera efectiva la conversión eléctrica/acústica, mejorar la capacidad de transmitir ondas ultrasónicas y aumentar la medición. distancia. Una trayectoria del tren de impulsos de 40 kHz se invierte a través de U1a y luego se invierte a través del inversor conectado en paralelo entre U1b y U1e; el otro camino se invierte a través del inversor conectado en paralelo entre U1c y U1d.
