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1 Introducción

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria del automóvil y la mejora continua del nivel de vida de las personas, el número de automóviles en nuestro país aumenta año tras año. Al mismo tiempo, la proporción de conductores no profesionales entre los conductores de automóviles también aumenta año tras año. Al dar marcha atrás en lugares estrechos y concurridos, como autopistas, calles, estacionamientos, garajes, etc., el conductor debe mirar hacia adelante y hacia atrás. Si no tiene cuidado, pueden ocurrir colisiones por alcance. Según estadísticas de encuestas relevantes, el 15% de las colisiones de automóviles se deben a una mala visión trasera al dar marcha atrás. Por lo tanto, aumentar la capacidad de visión trasera de los automóviles y desarrollar radares de marcha atrás para detectar obstáculos en la parte trasera de los automóviles se ha convertido en un foco de investigación en los últimos años. El requisito previo para evitar obstáculos de forma segura es medir de forma rápida y precisa la distancia entre el obstáculo y el automóvil. Con este fin, se diseña un sistema de radar de marcha atrás con una microcomputadora de un solo chip como núcleo y utiliza ondas ultrasónicas para lograr un alcance sin contacto.

2 Diseño y principio general

El ultrasonido generalmente se refiere a ondas mecánicas con una frecuencia superior a 20 kHz, que tiene una gran capacidad de penetración

, pequeña atenuación y fuerte Capacidad de reflexión[1]

. Cuando está en funcionamiento, el transmisor ultrasónico emite continuamente una serie de pulsos continuos para proporcionar un pulso corto al circuito lógico de medición. Finalmente, el dispositivo de procesamiento de señales procesa la señal recibida según la diferencia horaria y calcula automáticamente la distancia entre el vehículo y el obstáculo. El principio del alcance ultrasónico es simple, de bajo costo y fácil de producir, pero su velocidad de transmisión se ve muy afectada por el clima y no puede medir la distancia con precisión. Además, la energía de la onda ultrasónica está relacionada con el cuadrado de la distancia; La atenuación es proporcional a la distancia, por lo que cuanto mayor es la distancia, menor es la sensibilidad, lo que hace que el método de medición de distancia ultrasónica solo sea adecuado para distancias más cortas. En la actualidad, la distancia de medición ideal de los telémetros ultrasónicos generales en el país y en el extranjero es de 4 a 5 m, por lo que se utilizan principalmente en mediciones de distancias cercanas, como el radar de marcha atrás de automóviles.

El sistema de radar de marcha atrás está controlado por un microcontrolador, como se muestra en la Figura 1. Se utilizan ondas ultrasónicas para lograr la medición de distancias sin contacto, y se considera la influencia de la temperatura ambiente de medición en la velocidad de la onda ultrasónica, y la velocidad se corrige mediante el método de compensación de temperatura. Utilizando un circuito de medición de temperatura compuesto por un sensor digital integrado DS18B20, el valor de la temperatura se puede leer directamente y luego se puede obtener la velocidad de la onda ultrasónica a una determinada temperatura en función de la compensación de temperatura. La computadora de un solo chip cuenta el número. de pulsos para obtener el tiempo de propagación, mide y muestra la distancia de acuerdo con el principio de medición de distancia ultrasónica, y luego controla la frecuencia del sonido del zumbador de acuerdo con la distancia mostrada.

Figura 1 Diagrama de bloques de diseño general

Diseño de sistema de radar de marcha atrás basado en alcance ultrasónico

Wang Hongyun

(Ordnance Engineering College, Hebei Shijiazhuang 050003)

Resumen: Este artículo presenta un sistema de radar de marcha atrás con una microcomputadora de un solo chip como núcleo, que utiliza ondas ultrasónicas para lograr un alcance sin contacto. El sistema incluye principalmente circuitos de medición de temperatura y contacto de emisión ultrasónica. Lo más destacado es el uso del sensor digital DS18B20 para medir la temperatura, y la fórmula de corrección entre la velocidad del sonido y la temperatura para calibrar la velocidad del sonido es positiva, lo cual. mejora la precisión de la medición del tiempo de tránsito, mejorando así la precisión de la medición de la distancia. La distancia de medición adecuada es inferior a 5 m, lo que puede cumplir con los requisitos de seguridad de marcha atrás.

Palabras clave: automóvil; ultrasonidos; compensación de temperatura; microcontrolador

Número CLC: TP368 Código de identificación del documento: A Número de artículo: 1006- 6977(2008)08- 0070- 03

Diseño de un sistema de medición de distancias para automóviles basado en ultrasonido

medición de distancias

WANG Hong-yun

(Facultad de Ingeniería de Artillería, Shijiazhuang 050003, China)

Resumen: En este artículo, se presenta el sistema de marcha atrás de un automóvil que utiliza un solo chip como núcleo. El sistema

utiliza desde el ultrasonido hasta la medición de distancia realizada sin contrato. El sistema incluye principalmente el circuito eléctrico de recepción de despegue y medición de temperatura. El circuito de medición de temperatura que utiliza un sensor digital DS18B20 se proporciona .El grado exacto de distancia es completo.Este sistema es adecuado para medir distancias que por debajo de 5 metros pueden

cumplir con los requisitos de seguridad de un automóvil en marcha atrás.

Palabras clave: ultrasonido del automóvil; ; radar de marcha atrás para automóvil; compensación de temperatura; MCU

Fecha de recepción: 2008-05-16 Número de manuscrito: 200805048

Sobre el autor: Wang Hongyun (1980-), mujer, de Hengshui, provincia de Hebei, profesora. Dirección de investigación: control de medidas.

Diseño de instrumentación y control automático de un sistema de radar de marcha atrás basado en alcance ultrasónico

- 69- "Componentes electrónicos extranjeros" Número 8, 2008

2.1 Principio del ultrasonido rango

En la actualidad, los métodos para utilizar el rango ultrasónico[2]

son el método de detección de fase, el método de detección del valor de amplitud de onda acústica

y el tiempo de tránsito. Hay tres métodos de detección. La detección de fase tiene una alta precisión, pero el rango de detección es limitado; la detección de la amplitud de la onda acústica se ve fácilmente afectada por la detección del tiempo de tránsito

funciona de una manera simple e intuitiva, con control de hardware y el diseño del software; Fácil de implementar. Su principio es detectar la diferencia de tiempo entre la onda ultrasónica emitida por el sensor transmisor y la onda ultrasónica propagada a través del medio gaseoso por el sensor receptor, es decir, el tiempo de tránsito t. La distancia s=ct/2

(c es la velocidad del sonido), t se puede realizar contando el número de pulsos en el microcontrolador.

2.2 La relación entre temperatura y velocidad del sonido

Dado que la onda ultrasónica también es un tipo de onda sonora, su velocidad del sonido v está relacionada con la temperatura T. La tabla

1 enumera la velocidad del sonido a varias temperaturas diferentes [2- 3]

.

Durante el uso, si el cambio de temperatura no es grande, la velocidad del sonido visible básicamente permanecerá sin cambios; si se requiere que la precisión de la medición de distancia sea muy alta, se debe corregir mediante el método de compensación de temperatura.

Generalmente, v=331+0.60T se utiliza para la compensación de temperatura para adaptarse a

requisitos de trabajo a diferentes temperaturas. La tabla 2 muestra la relación entre la velocidad del sonido y la temperatura después de la compensación

. Se puede observar que los valores de velocidad del sonido por debajo de 0℃ concuerdan perfectamente; por encima de 0℃, el error máximo no supera el 5%.

Del análisis anterior, se puede ver que la precisión de la medición de la temperatura no solo afecta directamente la precisión de la medición de la velocidad

, sino que también afecta indirectamente la precisión de la medición de la distancia, por lo que la temperatura

La medición es clave.

3 Diseño del circuito de hardware

El sistema de radar de marcha atrás se compone principalmente de un circuito de transmisión ultrasónica, un circuito receptor de ultrasonidos, un circuito de medición de temperatura y un circuito de alarma de visualización.

3.1 Circuito transmisor ultrasónico

Bajo el control del microcontrolador, el generador de impulsos emite ondas ultrasónicas. El generador de impulsos está compuesto por 555, y su conexión se muestra en la Figura

2. La parte superior e inferior del pin 7, el pin 6 y el pin 2 son R y C; el R del medio está conectado en paralelo con RP, RA=R1+RA', RA; =R2+

RB' , y T1=0.693RAC, T2=

0.693RBC, ajustando los valores de resistencia de RA y

RB, el la forma de onda de salida se puede ajustar

Ciclo de trabajo ajustable. Sin embargo, aquí

se requiere una onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50%, por lo que

el reóstato deslizante se ajusta para que T1=T2 y la fórmula de cálculo de frecuencia sea:

f=1.443/( RA+RB) C (1)

La selección razonable de R y C puede permitir que la onda ultrasónica obtenga un pulso de salida de 40 kHz. Debido a que las ondas ultrasónicas deben transmitirse a una cierta distancia, para facilitar la transmisión de la señal, generalmente se agrega un circuito de modulación detrás del circuito transmisor.

3.2 Circuito receptor ultrasónico

Debido a que el alcance ultrasónico solo se usa para distancias cortas, cuando la distancia es mayor, la atenuación es más grave

y la señal reflejada Es relativamente débil, por lo que el extremo receptor primero debe configurar un circuito amplificador, luego demodular su señal de salida a través del circuito de detección y finalmente comparar y dar forma a la señal de salida de detección. Se deben considerar los siguientes aspectos para el circuito receptor de ultrasonidos:

(1) Los efectos del ruido ambiental, interferencias, temperatura, etc.

La Figura 3 muestra el diagrama del circuito de amplificación. Selecciona un circuito combinado bootstrap que aumenta la impedancia de entrada reduciendo la corriente requerida del bucle de entrada, con un valor de Rin=R1R2/(R1-R2), este valor puede

determinar R1 y

R2 basado en el circuito de presecuencia, para que coincida con la etapa del circuito de presecuencia

. El circuito utiliza un circuito amplificador proporcional inversor, la ganancia es relativamente estable, generalmente K = -

R3/R1 no causará autoexcitación, puede

reducir el impacto de la interferencia en el circuito

. Por lo tanto, una selección razonable de R3

y R1 puede hacer que el voltaje de salida alcance el nivel V.

(2) Precisión de detección

En el diseño se utiliza el circuito de detección de precisión de onda completa que se muestra en la Figura 4. Para mejorar la relación señal-ruido del circuito y atenuar señales de frecuencia innecesarias, se agrega un circuito resonante al extremo de entrada. Para los diodos VD1 y VD2, elija IN60 con mejor rendimiento de alta frecuencia. Este método de detección puede mejorar en gran medida el voltaje de la zona muerta y la no linealidad del diodo.

(3) Circuito de conformación comparativo

La figura 5 muestra el circuito de conformación comparativo.

Primero

Primero mida la distancia igual a 5 m en condiciones estáticas,

el valor del voltaje de salida del detector (este voltaje también se obtiene a través del circuito de detección de amplificación

), y utilice este valor de voltaje como voltaje de referencia uR del comparador

. El comparador utiliza

LM339, que tiene un voltaje de compensación pequeño y un amplio rango de voltaje de fuente de alimentación. Su voltaje de fuente de alimentación única es

2~36 V y el voltaje de fuente de alimentación dual es ±. 1～±18 V. También tiene la ventaja de restricciones más amplias en la resistencia interna de la fuente de señal de comparación. Para LM339, cuando la diferencia de voltaje entre los dos terminales de entrada es superior a 10 mV, puede garantizar que su salida se pueda cambiar desde un estado (continúa en la página 73)

Figura 5 Comparación de circuitos de conformación

Figura 2 Circuito de oscilación de pulso de ciclo de trabajo ajustable

Figura 3 Circuito de amplificación

Figura 4 Circuito de detección de onda completa de precisión

- 70- (Viene de la página 70)

Transición confiable a otro estado. Por lo tanto, es ideal utilizar LM339 en situaciones como la detección de señal débil. Generalmente, los flancos ascendentes y descendentes de la forma de onda de salida del circuito de comparación están retrasados. Se puede agregar una puerta AND detrás para mejorar las características de salida. Envíe la salida del circuito de conformación de comparación al microcontrolador, cuente los pulsos y obtenga el tiempo de tránsito. El microcontrolador es AT89C52.

3.3 Circuito de medición de temperatura

Actualmente, la mayoría de los sistemas de control y medición de temperatura utilizan sensores de temperatura para convertir la temperatura en electricidad y amplificar la señal. El circuito se amplifica a un rango adecuado y luego se convierte. en cantidades digitales mediante un convertidor A/D. Este tipo de circuito tiene una estructura compleja, una depuración complicada y su precisión se ve fácilmente afectada por los parámetros de los componentes. Para ello se forma un sistema de detección de temperatura digital de alta precisión mediante el uso de un termómetro digital lineal que integra el sensor de temperatura DS18B20 y un microordenador de un solo chip. Sensor de temperatura digital DS18B20

A diferencia de los sensores de temperatura de termistor tradicionales, puede leer directamente el valor de temperatura medido y se puede realizar mediante una programación simple de acuerdo con los requisitos reales de 9 a 12 bits.

Conversión A/D. Por lo tanto, el uso de DS18B20 puede hacer que la estructura del sistema sea más simple y confiable. Rango de medición de temperatura

Desde - 55~+125 ℃, a - 10 ~+

85 ℃, el error de detección no supera los

0,5 ℃[4 ]

, y tiene una precisión de medición de ± 2 ℃

en todo el rango de medición de temperatura

Su conexión de circuito es como se muestra en la Figura

6 mostrado.

3.4 Circuito de visualización y alarma

El circuito de visualización adopta un LED positivo de 4 dígitos

tubo digital LED y el segmento de código está compuesto por 74LS244

Impulsado por un circuito controlador; el circuito controlador es impulsado por un

transistor PNP 8550. La Figura 7

muestra el circuito de alarma. Está impulsado por transistores

.

4 Conclusión

Este sistema de radar de marcha atrás utiliza ondas ultrasónicas para lograr un alcance sin contacto. Utiliza sensores de temperatura de alta precisión para detectar la temperatura del ultrasonido; sistema de rango Medición y compensación

Es decir, según v=331+0.60T, la velocidad del sonido se compensa para mejorar la precisión de la medición

. Tiene las ventajas de un diseño de circuito simple, un precio bajo y una precisión de medición relativamente alta.

Actualmente se encuentra en producción en masa.

Referencias:

[1] Feng Nuo. Manual de ultrasonido [M] Nanjing: Nanjing University Press, 2002.

[2] Xiao Zhi Hong Aplicación del telémetro ultrasónico en el sistema de seguridad del automóvil [J]. Zhejiang

Revista de la Universidad de Wanli, 2007, (5): 43-46.

[3]Xu Guohua. Diseño e implementación de un sistema de medición de rango ultrasónico[J]. Aplicación de tecnología electrónica,

1995, (12): 6-7.

[4] Tian Shengjun, Qin Xuanyun, He Yongqiang. Compensación de temperatura basada en sistema de rango ultrasónico

Diseño de circuito [J]. Microcomputer Information, 2007, (22): 307-309.

Figura 7 Circuito de alarma

Aplicar voltaje durante 30 minutos. Los condensadores electrolíticos deben almacenarse en condiciones atmosféricas normales.

7.8 Soldadura

La temperatura y el tiempo de soldadura inadecuados pueden causar una contracción anormal y la ruptura de la superficie

de la manguera y, a veces, la alta temperatura también provocará la pasador guía

Y el terminal conduce el calor al interior del elemento, provocando efectos adversos en el producto

Por tanto, debemos intentar evitar soldar a una temperatura demasiado alta y durante demasiado tiempo.

8 Aplicación práctica de condensadores electrolíticos en circuitos de alimentación de frigoríficos

La figura 3 muestra un ejemplo de la aplicación de condensadores electrolíticos en circuitos de alimentación de frigoríficos. Después de que el circuito de protección del varistor, el transformador y el circuito del puente rectificador rectifican el voltaje de entrada, la CA se convierte en una CC pulsante de 12 V. Después del circuito rectificador, se conecta a un circuito superior. voltaje El condensador electrolítico de gran capacidad E101/E102 utiliza sus características de carga y descarga para convertir el voltaje de CC pulsante rectificado en un voltaje de CC relativamente estable. En aplicaciones prácticas, para evitar que el voltaje de suministro de varias partes del circuito cambie debido a cambios de carga, se selecciona un filtro electrolítico de dos etapas calculando el voltaje máximo y la corriente de ondulación del capacitor electrolítico.

La primera etapa es de 2 200 μ F/35 V; la segunda etapa es de 470 μ F/35 V. Dado que los condensadores electrolíticos de gran capacidad generalmente tienen una cierta inductancia y no pueden filtrar eficazmente las señales de interferencia de pulsos y de alta frecuencia, se debe conectar un condensador en paralelo en ambos extremos. Es un condensador de 0,1 μ F

C102. /Condensador C103, utilizado para filtrar interferencias de pulsos y alta frecuencia.

9 Conclusión

Para aplicar mejor y mejorar la confiabilidad del diseño del circuito, aquí se presentan los parámetros técnicos relevantes y el conocimiento de uso de los capacitores electrolíticos de aluminio.

En la actualidad, los nuevos condensadores electrolíticos se están desarrollando muy rápidamente y avanzan hacia la miniaturización, baja impedancia, tipo de chip, fabricación de alta velocidad, amplio rango de temperaturas, alto voltaje y larga vida útil. Longevidad, protección del medio ambiente y ecologización, los condensadores electrolíticos de aluminio tienen amplias perspectivas de aplicación.

Referencias:

[1] Yu Anhong. Manual conciso de componentes electrónicos[M]. Shanghai: Shanghai Jiaotong University Press,

2005.

[2] Shen Renyuan, Wu Yong. Manual conciso de componentes electrónicos de uso común[M]. Beijing: Mechanical Engineering Press, 2004.

[3] Shu Zhengguo. condensadores montados en superficie de alta capacitancia, baja impedancia y larga duración

[J]. World Electronic Components, 2006(11): 55-57.

Figura 3 Aplicación de Condensadores electrolíticos en circuitos de potencia de refrigeradores

Explicación técnica detallada y principios de aplicación basados ​​en capacitores electrolíticos de aluminio

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