Ультразвуковой дальномер

Описанная здесь схема использует ультразвуковые колебания и работает на основе скорости распространения этих колебаний в воздухе. Таким образом, мы можем легко определить расстояние двух точек, если измеряется время, в течение которого волна перемещается на это расстояние. Существуют три основные категории используемых методов измерения расстояния: а) механическими средствами. б) оптическими средствами. и с) электронными средствами. Почти все методы основаны на некоторой форме излучения, такой как радиоволны, свет, звук или инфракрасное излучение. Учитывая скорости распространения этих излучений, измерение расстояния - это вопрос определения времени перехода волны из одной точки в другую. Инфракрасное излучение в основном используется для больших расстояний (порядка нескольких километров), поскольку его относительно легко сформировать. Для расстояний более 100 км используются электронные устройства, но на их эффективность влияют такие факторы, как атмосферные условия и видимость. С развитием космической техники лазерные системы использовались совместно с электроопными системами для определения наземных и оффшорных искусственных спутников.

Звуки, ультразвуки и другие известные колебания частоты имеют определенную известную скорость распространения в воздухе. Поэтому для определения расстояния можно использовать время, необходимое для распространения расстояния между целевым передатчиком и наоборот. Испускаемая волна дает начальный импульс числителю, работающему на той же частоте, что и скорость распространения в см / сек. Сигнал, полученный отражением, дает импульс истечения. Таким образом, числитель дает расстояние, на которое распространяется волна. Конечно, необходимо уменьшить расстояние до расстояния, так как мы хотим только расстояния перехода. На следующем рисунке показано, что мы описали в функциональной диаграмме. Передатчик, приемник, числитель с цифровым указателем и генератором, который возбуждается или прерывается переданными и принимаемыми импульсами.

Передатчик состоит из затворов N1 и N2, которые образуют схему моста. Ультразвуковой преобразователь US1 подключается между 2-портовыми выходами, чтобы обеспечить переменное пиковое напряжение до 18 В между ними (с питанием 9 В). N1 также работает как осциллятор, стимулированный и дестимулированный N3. Его частота определяется R1 и зависит от типа используемого инвертора. В этой конструкции используется TCO с частотой 40 кГц, но другие могут работать удовлетворительно. Частота генератора установлена ​​на R1 как можно ближе к 40 кГц, поскольку это максимальная частота работы преобразователя. Приемник очень прост из-за экспериментального характера схемы. Две последовательные общие цепи передатчиков (T5, T6) усиливают сигнал, полученный US2. T7 действует как пороговый детектор, когда он работает, когда напряжение на его основании меньше, чем напряжение питания (-6 В), т. Е. T7, когда переменное напряжение в Р2-роторе больше 1,2 В от пика до пика  Еще один осциллятор находится вокруг IC3 (R17, R18, P3 и C9). IC3 является главным образом делителем 2-14 со встроенным генератором. Частота установлена ​​на 17190 Гц с P3, так как скорость звука в воздухе составляет 343,8 м / с при 20, C = (34380 см / сек) / 2 = 17190. Вместо числителя помещается 2,5-цифровой цифровой вольтметр. IC1 напрямую ведет маркеры Dp2 к Dp4, которые связаны с IC1 с транзистором T2-T4.  IC2 снабжает стабилизированное напряжение 5В секцией счетчика и индикаторами цепи. IC1 имеет возможность управлять 4 указателями, но ему не нужно больше 3. Почти все остальные компоненты используются для синхронизации различных этапов. Это в основном указывает на предустановленные импульсы и изменения частоты в разных точках схемы. При частоте генератора 17190 Гц выход Q14 IC3 будет иметь частоту сигнала 1 Гц. (17190: 2-14). Этот выход подключается к входу сброса преобразователем N7 и второму монодонатору (N8, R20, C11). С появлением отрицательной поверхности импульса в Q14 короткий короткий импульс возникает на входе ICI 5. Вместо этого положительный фронт импульса в Q14 дает короткий импульс на входе для изменения положения. Сигнал от Q14 инвертируется N7 и приводится в действие двумя дополнительными монодонтами: один для управления передатчиком (N3, R10, C5) и один подключенный к входу позиционирования FF1. Вход синхронизации времени FF1 подключен к T7, а выход Q - N5. Поэтому IC1 получает импульс сброса с каждым приходом прибытия положительного импульса на выходе Q14 IC3, который автоматически отменяет счетчик. В то же время моновольд активируется вокруг N3 ​​(с отрицательным фронтом импульса на выходе N7), позволяя осциллятору излучать сигнал более 0,3 мсек. В течение этого времени US1 испускает около 12 импульсов (40 Гц), которые затем отражаются мишенью и принимаются US2. В то же время, когда излучается ультразвуковой сигнал, FF1 перемещается и удерживается монослоем N4 (почти 2 мсек). Выход Q затем переходит в логическое состояние «1», а сигнал от осциллятора 17190 Гц подается на счетчик IC1 через N5. Как только усиленный приемный сигнал достигнет тактового входа FF1, выход Q переходит в логическое состояние «0», а N5 блокирует входной сигнал счетчика IC1. В этот момент счетчик измерил фактическое расстояние в сантиметрах. N6 активирует защелку, продвигая к ней содержимое счетчика, которое затем отображается указателями. Счетчик сбрасывается со следующего положительного фронта импульса на Q14, что позволяет получить новое измерение. Предыдущий знак собирается до поступления информации для нового измерения. Вся компоновка способна принимать новые измерения каждую секунду. Теперь давайте рассмотрим некоторые детали работы схемы. Конвертер US2 является естественным для захвата передаваемого сигнала немедленно, если мы не сделаем что-то, чтобы его избежать. Если мы не избежим этого, счетчик будет немедленно отключен, и мы не сможем рассчитывать. Эта проблема решается, если мы обеспечим такие условия, чтобы время пребывания в постоянном состоянии N4 было достаточно большим, чем время, необходимое для испускания величины (2 мсек). В течение этого времени флоппи-флоп остается в состоянии сброса независимо от наличия или отсутствия сигнала на входе часов. Через 2 мс FF1 отпускается так, что прямой сигнал не путается с отраженным сигналом. Единственным недостатком этой задержки является невозможность измерения расстояний менее 35 см. Для простоты схема не включает оценку АРУ или автоматический детектор ошибок. Ступени счетчика и указателя могут быть построены отдельно. Обратите внимание, что один конец R8 подключен к точке точки Dp2, а другой - к земле. Мы рекомендуем использовать neroboard для остальной части схемы. Убедитесь, что соединительные кабели невелики и что между шагом приема и ступенью передачи происходит разделение. Два инвертора расположены рядом друг с другом, не касаясь друг друга, и обращены в одном направлении. Предпочитайте батареи на 9 В, потому что источник питания может создать нестабильность. Потребление довольно высокое, 250 мА, чего нельзя избежать с помощью светодиодных индикаторов. Однако батареи не истощаются быстро, потому что схема используется только несколько секунд за раз. Эксплуатационный тест может быть выполнен без использования осциллографа. Просто отсоедините соединение между N5 и часами и подключите второй к терминалу 4 IC3. (выход Q8). На указателе вы должны прочитать «128». Когда входной сигнал часов закорочен на землю, дисплей должен быть «000». Это способ проверить как IC3, так и генератор. Трансляцию легко контролировать, слушая US1. Хотя сигнал 40 кГц не слышен, выход каждого сигнала звучит как «щелчок» каждую секунду. Тест приемника непросто, но наличие постоянного напряжения 4,5 В на коллекторах T5 и T6 является признаком нормальной работы. Как только это будет сделано, вся цепь может быть установлена ​​и управляться. Поверните курсор P2 до максимума и отметьте метку. Эта индикация генерируется счетчиком между двумя импульсами (защелкой и сбросом), которые находятся на расстоянии половины секунды. Следует иметь в виду, что это будет постоянным показанием в отсутствие сигнала отражения. Направьте цепь на объект или стену на один метр и поверхность, по меньшей мере, одного квадратного метра перпендикулярно направлению передачи. Медленно поворачивайте P2 до точки, где вы получите метр. Если вы его не получите, а отметка составляет 40-60 см, вам нужно удалить лишь немного из двух показателей и использовать вместо C6 более мощный конденсатор. Как только вы установили настройку P2 на 1 м. вы можете перейти к следующему шагу, который должен установить частоту 40 Гц. Когда цепь находится в том же положении, поверните P1, пока не появится какая-либо индикация. Процесс продолжается до тех пор, пока индикатор для любой установки P2 не будет потерян. Поместите цепь на расстоянии 5 м от цели и установите P2 для правильного отображения. Наконец, подключите цепь всего в 3 метрах от цели. установите P3 для точной индикации и завершения! Благодаря оригинальной схеме мы достигли очень хороших результатов и точности ± см для расстояний до 7-8 м. Точность зависит от температуры окружающей среды, атмосферного давления и влажности, поскольку на скорость звука влияют эти факторы. Диапазон измерения (диапазон) прибора можно расширить за счет увеличения усиления приемника или напряжения излучения. Если измеритель оснащен коррекцией длины инструмента, он сможет выполнять измерения точности от стены до стены.

Компоненты

Resistors: R1-R7 = 22Ω | R8 = 270Ω | R9 = 33ΚΩ | R10 = 330ΚΩ | R11,R12,R14 = 1Μ5 | R13 = 4K7 | R15 = 470ΚΩ | R16 = 22ΚΩ | R17 = 560ΚΩ | R18 = 47ΚΩ | R19,R20 = 10ΚΩ | P1 = 10K | P2 = 4K7 | P3 = 10K

Capacitors: C1 = 10μF/10V | C3 = 100n | C4 = 1n | C5 = 820p | C6,C7 = 1n5 | C8 = 2n2 | C9 = 270p | C10,C11 = 220p | C12 = 10μF/16V | C13 = 1n

Semiconductors: T2-T4 = BC141 | T5,T6 = BC549C | T7 = BC559C | IC1 = 74C928 | IC2 = 7805 | IC3 = 4060 | IC4 = 4027 | IC5,IC6 = 4093

Other: Dp2-Dp4 = 7760(CC) | US1 = MA40L1S | US2 = MA40L1R | 9V battery | Plastic Box