Développement d'un télémètre numérique à ultrasons
1. Introduction
Les ondes ultrasoniques se propagent à différentes vitesses dans les gaz, les liquides et les solides, avec une bonne directivité, une énergie concentrée, une atténuation minimale lors de la transmission et une forte capacité de réflexion. Les ondes ultrasoniques peuvent se propager à une certaine vitesse et former des réflexions lorsqu’elles rencontrent des obstacles. En utilisant cette caractéristique, la distance réelle peut être calculée en mesurant le temps nécessaire aux ondes ultrasonores pour se déplacer d'avant en arrière, obtenant ainsi une mesure de distance sans contact des objets. La télémétrie par ultrasons est rapide, pratique et n'est pas affectée par des facteurs tels que la lumière. Il est largement utilisé dans la mesure du niveau de liquide hydrologique, la mesure des chantiers de construction, la surveillance de la position sur site, la détection des obstacles en marche arrière des véhicules, la détection et le positionnement des machines mobiles et d'autres domaines. Le télémètre numérique à ultrasons conçu dans cet article compte les impulsions d'horloge entrées à une fréquence spécifique du compteur pendant le temps aller-retour ultrasonique et affiche la distance de mesure correspondante.
2. Composition du circuit et principe de fonctionnement du télémètre à ultrasons
Le télémètre à ultrasons se compose d'un circuit de génération d'ultrasons, d'un circuit d'amplification de réception d'ultrasons, d'un circuit de comptage et d'affichage.
2.1 Circuit de génération d'ultrasons
Circuit de génération d'ultrasons. Le double temporisateur EN556 (U2b) forme un déclencheur monostable. R6 et C6 forment un circuit différentiel qui fonctionne comme suit : lorsque le bouton S2 est enfoncé, le niveau bas devient une impulsion de pointe positive et négative, qui passe par VD1 pour obtenir une impulsion de pointe négative, déclenchant un basculement de déclenchement monostable. La durée de haut niveau de la sortie flip monostable est d'environ 1 ms, soit tw ≈ 1,1R5C5 ≈ 1 ms. EN556 (U2n) forme un oscillateur multi-harmonique avec une fréquence d'oscillation de f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40 kHz. L'oscillation de l'oscillateur est contrôlée par le niveau de sortie du déclencheur monostable. Lorsque le déclencheur monostable produit un niveau élevé, l'oscillateur multi-harmonique oscille. La broche 5 de la norme EN556 produit environ 40 impulsions rectangulaires avec une fréquence de 40 kHz et un rapport cyclique d'environ 50 %. Compte tenu de l'instabilité de l'étage de démarrage d'un oscillateur multi-harmonique, un plus grand nombre d'impulsions de sortie est conçu. Si le nombre d'impulsions de sortie est trop petit, l'intensité de l'émission est faible et la distance de mesure est courte. La sonde du capteur d'humidité, le capteur PT100 du tube de chauffage électrique en acier inoxydable, le chauffage en fonte d'aluminium, l'électrovanne du fluide du serpentin de chauffage, mais le nombre d'impulsions est trop élevé et la durée d'émission est longue. Lorsque la distance de l'objet mesuré est proche, le train d'impulsions n'a pas été entièrement émis, ce qui fait que l'écho généré par la première impulsion émise atteint l'extrémité de réception, affectant le résultat de la télémétrie et augmentant l'angle mort de la télémétrie. Les U1a ~ U1e du 74HC04 (U1) forment un circuit de commande d'impulsions ultrasoniques, qui peut augmenter l'amplitude de tension d'impulsion du capteur ultrasonique de commande, effectuer efficacement une conversion électrique/acoustique, améliorer la capacité d'émettre des ondes ultrasoniques et augmenter la distance de mesure. Le train d'impulsions de 40 kHz est inversé via U1a, puis inversé via les inverseurs parallèles U1b et U1e ; L'autre solution consiste à utiliser la phase inverse des onduleurs parallèles U1c et U1d au sud.
