. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
  English

Germany

Poland

Russia
Ultrazvukový detektor přiblížení
31. července 2009 - 15:43 | Pandatron | Ultrazvukový detektor přiblížení | Komentářů: 31   verze pro tisk

Ultrazvukový detektor přiblížení

Následující konstrukce představuje jednoduchý ultrazvukový detektor přiblížení s možností nastavení detekované vzdálenosti v rozsahu zhruba 30cm až 3m.

Princip měření vzdálenosti je založen na měření doby návratu vyslané ultrazvukové vlny odražené od libovolného předmětu, stejně jako u všech podobných zapojení. Díky použití mikrokontroléru PIC firmy Microchip a jeho integrovaných hardwarových funkcí bylo možné konstrukci maximálně zjednodušit a umístit ji i na destičku s plochou menší než 10cm2.


Obr. 1: Fotografie sestaveného prototypu

Schéma zapojení:
Na následujícím obrázku je schéma zapojení ultrazvukového detektoru přiblížení s použitím klasických součástek.


Obr. 2: Schéma zapojení klasické verze

Základem zapojení je již zmíněný, naprogramovaný mikrokontrolér PIC12F675 (IO2). Pro možnost dalšího ladění a experimentování je k dispozici i programovací konektor ICSP (J5), známý z programátorů PRESTO. Obvod svými piny č. 2 a 3 přímo budí piezoelektrický ultrazvukový měnič – vysílač s označením TX1. Fyzicky je měnič buzen vždy 20 takty s frekvencí 40kHz.

Odražená vlna je přijímána opět ultrazvukovým měničem – přijímače (RX1), zesílena kvalitním operačním zesilovačem IO1 typu NE5532 a vedena na vstup interního komparátoru mikrokontroléru IO2 (pin č.6).

Uvnitř mikrokontroléru je ke komparátoru připojena interní reference, nastavující rozhodovací úroveň. Změnou její hodnoty (registr VRCON) je tak možné velice snadno upravit citlivost obvodu na vstupní signál. Díky použití kvalitního operačního zesilovače na pozici IO1 je nyní citlivost nastavena na nejnižší možnou hodnotu. V případě použití obvodu například typu TL072, se kterým není možné dosáhnout tak vysokého zesílení na požadované frekvenci, je možné jednoduchým přeprogramováním změnit citlivost vstupu mikrokontroléru. Další možností je samozřejmě i využití druhé poloviny OZ, která je nyní nezapojena a na desce s plošnými spoji zablokována.

Odporový trimr R6 je veden na vstup interního A/D převodníku, kterým je průběžně snímána jeho aktuální poloha. Ta je následně použita jako rozhodovací úroveň pro měření doby odrazu přijmuté ultrazvukové vlny a softwarově je omezena na rozsah zhruba 30cm až 3m. Minimální měřitelná vzdálenost je přitom omezena především kvůli vzájemnému ovlivňování součástek TX1 a RX1, umístěných vedle sebe na jediné desce s plošnými spoji.

V případě zachycení odražené vlny v nastaveném nebo menším intervalu/vzdálenosti je sepnut výstup mikrokontroléru (pin č.7) a následně i výstupní tranzistor T1, umožňující ovládání například relé, bzučáku či libovolného jiného nadřazeného systému. Sepnutí výstupu je indikováno rozsvícením LED D1 a výstup je sepnut trvale po celou dobu detekce překážky v nastavené vzdálenosti.

Konstrukce:
Na následujícím obrázku je uveden možný motiv desky s plošnými spoji včetně rozmístění součástek.


Obr. 3: Rozmístění součástek
 
Obr. 4: Plošný spoj (pro originál 600dpi klikněte)

Všechny použité součástky jsou klasického provedení podle následujícího seznamu součástek, osazené z jediné strany.

Seznam součástek
R1,R5,R7,R8,R9  1k
R2,R3           100k
R4              750k
R6              10k trimr PK50
C1,C2,C3,C4     100n
D1              LED 3mm
T1              BC337
IO1             NE5532
IO2             PIC12F675-I/P
IO3             78L05
TX1             UST-40T
RX1             UST-40R

SMD verze:
Na následujícím obrázku je uvedena tatáž verze ultrazvukového detektoru, ovšem s použitím miniaturních SMD součástek.


Obr. 5: Schéma zapojení SMD verze

Následují opět možné motivy tentokráte oboustranné desky s plošnými spoji včetně rozmístění součástek pro SMD verzi.


Obr. 6: Rozmístění součástek - TOP
 
Obr. 7: Rozmístění součástek - BOTTOM
 
Obr. 8: Plošný spoj - TOP
(pro originál 600dpi klikněte)
 
Obr. 9: Plošný spoj - BOTTOM
(pro originál 600dpi klikněte)

Použité součástky jsou typu 0805, přičemž odporový trimr, programovací konektor, LED a samozřejmě ultrazvukové měniče jsou klasického provedení.

Seznam součástek
R1,R5,R7,R8,R9  1k 0805
R2,R3           100k 0805
R4              750k 0805
R6              10k trimr PK50
C1,C2           100n 0805
C3,C4,C5        1u/35 CB
D1              LED 3mm
T1              BC817-40
IO1             NE5532 SMD
IO2             PIC12F675-I/SN
IO3             AS1360-50-T
TX1             UST-40T
RX1             UST-40R

Naprogramování a oživení:
Mikrokontrolér typu PIC12F675 je potřeba před jeho použitím naprogramovat. Veškeré zdrojové kódy včetně souboru HEX jsou ke stažení na konci článku.

Na následujícím obrázku je nastavení konfiguračních pojistek obvodu.


Obr. 10: Konfigurační pojistky mikrokontroléru

Po naprogramování mikrokontroléru musí zapojení pracovat na první zapnutí, navíc neobsahuje žádné seřizovací a kalibrační prvky. Pouze je potřeba trimrem R6 nastavit požadovanou vzdálenost detekce v uvedeném rozsahu zhruba 30cm až 3m.

Jelikož zapojení neobsahuje měření okolní teploty, není možné zajistit korekci v závislosti na aktuální rychlosti šíření zvuku. Vzhledem k malému rozsahu a nastavení hlídané vzdálenosti zkusmo odporovým trimrem, není však tato vlastnost nijak zvlášť na škodu. V předpokládaném pracovním teplotním rozsahu -20 až +30°C je rozdíl rychlosti šíření zvuku zhruba 30m/s, což u uvedeného zapojení představuje maximální hodnotu odchylky 10%.

Pro informaci i možnost dalšího experimentování je na následujícím obrázku uveden záznam vyslaného (CH1) a odraženého signálu (CH2). Vysílaný signál je měřen na pinu č.2 obvodu IO2, kdežto přijímaný signál je měřen na pinu č.6 obvodu IO2.


Obr. 11: Změřený ultrazvukový signál

První přijmutý signál, následovaný ihned za vysíláním, je parazitní přenos mezi vysílačem a přijímačem, způsobený jejich malou vzdáleností na DPS i mechanickým přenosem prostřednictvím této desky. Druhý výraznější příjem je od stropu místnosti a další menší je pravděpodobně výsledkem násobného lomu od zdi.

Závěr:
Jak již bylo uvedeno výše, uvedené zapojení umožňuje jak další experimentování s ultrazvukovými moduly, tak může velice dobře posloužit i jako hotová konstrukce. Po vestavění do vhodné krabičky může být použito například jako součást zabezpečovacího zařízení, či pro jednoduché měření/detekci vzdálenosti libovolných předmětů.

Po případném odstínění součástek TX1 a RX1 může být navíc zmenšena minimální detekovaná vzdálenost až na zhruba 2cm (jak bylo i prakticky ověřeno).

Odkazy & Download:
Program pro mikrokontrolér - DOWNLOAD







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
Komentáře (31):

Zobrazit starší 30 dnů (31)...

host
31. ID: 55720, zaslal host
miki
Podobnú stavebnicu je možné zakúpiť v Conradshope. Obsahuje už všetko potrebné aj TX a RX detektory.


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PGPS – GPS modul s L10
PGPS-1 je vývojový modul GPS přijímače s modulem Quectel L10 a SMA konektorem pro připojení antény.
Skladem od 430 Kč

(c) 2000 - 2013 Pandatron.cz - Elektrotechnický magazín ISSN 1803-6007
Napište nám | Vše o Pandatronu | RSS export | Reklama