Desenvolvimento de medidor de distância ultrassônico digital
As ondas ultrassônicas se propagam em diferentes velocidades em gases, líquidos e sólidos. Eles têm boa diretividade, energia concentrada, pequena atenuação durante a transmissão e forte capacidade de reflexão. As ondas ultrassônicas podem se propagar direcionalmente a uma certa velocidade e formar reflexos ao encontrar obstáculos. Usando esta característica, a distância real pode ser calculada medindo o tempo que leva para as ondas ultrassônicas retornarem, conseguindo assim a medição sem contato da distância do objeto. O alcance ultrassônico é rápido, conveniente e não é afetado por fatores como a luz. É amplamente utilizado em medição de nível hidrológico, medição de canteiro de obras, monitoramento de localização no local, detecção de obstáculos de reversão de veículos, detecção e posicionamento de entrada de máquinas móveis e outros campos. O medidor de distância ultrassônico digital projetado neste artigo conta os pulsos de clock de uma entrada de frequência específica para o contador durante o tempo de ida e volta ultrassônico e, em seguida, exibe a distância de medição correspondente.
Composição e princípio de funcionamento do circuito do medidor de distância ultrassônico
O medidor de distância ultrassônico é composto por um circuito gerador ultrassônico, um circuito amplificador receptor ultrassônico e um circuito de contagem e exibição.
Circuito gerador ultrassônico
O temporizador duplo EN556 (U2b) forma um gatilho monoestável. R6 e C6 formam um circuito diferencial, e sua função é: quando o botão S2 é pressionado, o nível baixo torna-se um pulso de pico positivo e negativo, e um pulso de pico negativo é obtido através de VD1, acionando o giro do gatilho monoestável. O alto nível da saída flip monoestável dura cerca de 1ms, ou seja, tw≈1.1R5C5≈1ms. EN556 (U2n) forma um multivibrador com frequência de oscilação f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22 }}R4)]C3≈40kHz. A oscilação do oscilador é controlada pelo nível de saída do flip-flop monoestável. Quando o gatilho monoestável emite um nível alto, o multivibrador oscila e o pino 5 do EN556 emite cerca de 40 pulsos retangulares com uma frequência de 40kHz e um ciclo de trabalho de cerca de 50%. Considerando que o multivibrador é instável na fase de inicialização, ele foi projetado para produzir um número maior de m pulsos. Se o número de pulsos de saída for muito pequeno, a intensidade da emissão será pequena e a distância de medição será curta. Sonda do sensor de umidade, sensor pt100 de tubo de aquecimento elétrico de aço inoxidável, aquecedor de alumínio fundido, válvula solenóide de fluido de bobina de aquecimento. No entanto, o número de pulsos é muito grande e a duração da emissão é longa. Quando a distância até o objeto medido é próxima, o trem de pulsos não foi completamente transmitido, o que faz com que o eco gerado pelo pulso transmitido primeiro alcance a extremidade receptora, afetando os resultados de alcance e fazendo com que a zona cega de alcance aumente. U1a ~ U1e de 74HC04 (U1) formam um circuito de acionamento de pulso ultrassônico, que pode aumentar a amplitude da tensão de pulso que aciona o sensor de envio ultrassônico, realizar efetivamente a conversão elétrica/acústica, aumentar a capacidade de transmitir ondas ultrassônicas e aumentar a medição distância. Um caminho do trem de pulsos de 40kHz é invertido através de U1a e depois invertido através do inversor conectado em paralelo entre U1b e U1e; o outro caminho é invertido através do inversor conectado em paralelo entre U1c e U1d.
