디지털 초음파 거리측정기 개발
1. 소개
초음파는 방향성이 좋고 에너지가 집중되어 있으며 전송 중 감쇠가 최소화되고 반사 능력이 강하여 가스, 액체 및 고체에서 다양한 속도로 전파됩니다. 초음파는 특정 속도로 전파될 수 있으며 장애물에 부딪힐 때 반사를 형성할 수 있습니다. 이 특성을 이용하면 초음파가 왕복하는 데 걸리는 시간을 측정해 실제 거리를 계산할 수 있어 물체의 비접촉 거리 측정이 가능해진다. 초음파 범위 측정은 빠르고 편리하며 빛과 같은 요인의 영향을 받지 않습니다. 수문학적 액체 수위 측정, 건설 현장 측정, 현장 위치 모니터링, 차량 후방 장애물 감지, 모바일 기계 감지 및 포지셔닝 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 본 기사에서 설계한 디지털 초음파 거리 측정기는 초음파 왕복 시간 동안 카운터의 특정 주파수에 입력되는 클록 펄스를 계산하고 해당 측정 거리를 표시합니다.
2. 초음파 거리 측정기의 회로 구성 및 작동 원리
초음파 거리 측정기는 초음파 발생 회로, 초음파 수신 증폭 회로, 계수 및 표시 회로로 구성됩니다.
2.1 초음파 발생 회로
초음파 발생 회로. 듀얼 타이머 EN556(U2b)은 단안정 트리거를 형성합니다. R6 및 C6은 다음과 같은 기능을 하는 차동 회로를 형성합니다. 버튼 S2를 누르면 낮은 레벨이 포지티브 및 네거티브 스파이크 펄스가 되고, VD1을 통과하여 네거티브 스파이크 펄스를 획득하여 단안정 트리거 플립을 트리거합니다. 단안정 플립 출력의 높은 수준 기간은 약 1ms이며, 이는 tw ≒ 1.1R5C5 ≒ 1ms입니다. EN556(U2n)은 발진 주파수가 f1=1/T1 ≒ 1/{0.7 [(R1+R2)+2(R)인 다중 고조파 발진기를 형성합니다. 3+R4)] C3 ≒ 40kHz. 발진기의 발진은 단안정 트리거의 출력 레벨에 의해 제어됩니다. 단안정 트리거가 높은 레벨을 출력하면 다중 고조파 발진기가 진동하고 EN556의 핀 5는 주파수 40kHz와 듀티 사이클 약 50%로 약 40개의 직사각형 펄스를 출력합니다. 다중 고조파 발진기의 시작 단계의 불안정성을 고려하여 더 많은 수의 출력 펄스가 설계되었습니다. 출력 펄스 수가 너무 적으면 발광 강도가 낮고 측정 거리가 짧아집니다. 습도 센서 프로브, 스테인레스 스틸 전기 가열 튜브 PT100 센서, 주조 알루미늄 히터, 가열 코일 유체 솔레노이드 밸브가 있지만 펄스 수가 너무 많고 방출 지속 시간이 깁니다. 측정 대상과의 거리가 가까우면 펄스열이 완전히 방출되지 않아 첫 번째 방출된 펄스에 의해 생성된 에코가 수신단에 도달하여 거리 측정 결과에 영향을 미치고 거리 측정의 사각지대가 증가합니다. 74HC04(U1)의 U1a~U1e는 초음파 펄스 구동 회로를 구성하여 구동 초음파 센서의 펄스 전압 진폭을 높이고 전기/음향 변환을 효과적으로 수행하며 초음파 방출 능력을 향상시키고 측정 거리를 늘릴 수 있습니다. 40kHz 펄스열은 U1a를 통해 반전된 다음 병렬 인버터 U1b 및 U1e를 통해 반전됩니다. 다른 방법은 남쪽의 병렬 인버터 U1c 및 U1d의 역상을 통하는 것입니다.
