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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Localizzatore acustico per un'auto. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Automobile. Dispositivi elettronici Durante la retromarcia, l'autista dell'auto non può vedere una certa area dello spazio stradale. Questa zona è lunga fino a due metri e può contenere persone o animali, nonché oggetti che impediscono il movimento. I progressi della tecnologia moderna consentono di creare dispositivi speciali per visualizzare lo spazio specificato e informare il conducente se si incontrano oggetti sul percorso del veicolo. Questo problema viene risolto in modo ottimale utilizzando la localizzazione acustica pulsata. Sono noti tentativi riusciti di costruire tali dispositivi (vedi, ad esempio, il libro di Shiga X., Mizutani S. “Introduzione all'elettronica automobilistica”. - M.: Mir, 1989). Tuttavia, a causa della loro complessità e dei costi elevati, questi localizzatori non sono ancora stati ampiamente utilizzati. Il localizzatore acustico offerto ai lettori si basa sul microcontrollore Z8. È semplice e facile da ripetere per i radioamatori. Con opportune modifiche al programma e al design, può essere utilizzato come assistente indispensabile per i non vedenti, dispositivi di sicurezza dei locali, ecoscandaglio portatile per un pescatore amatoriale, indicatore del livello del liquido senza contatto, ecc. Il diagramma schematico del localizzatore è mostrato in Fig. 1. La sua base è un microcontrollore (MK) Z86E0208PSC (DD1).
Il circuito di temporizzazione esterno dell'MK è costituito da un risonatore al quarzo ZQ1 con una frequenza di 8 MHz e condensatori C3. C4. L'emettitore ad ultrasuoni BQ3 è collegato direttamente ai pin della porta P2 del MK. L'oscillazione della tensione di eccitazione all'ingresso dell'emettitore è di 10 V. La durata del treno di impulsi è di 1 ms. Il segnale riflesso ricevuto dal ricevitore ad ultrasuoni BQ1 viene alimentato all'ingresso di un amplificatore risonante a tre stadi realizzato sui transistor VT1-VT3. Dalla sua uscita, un segnale con una componente costante di 2.5 V viene fornito all'ingresso di non iniezione (P32) del comparatore integrato del MK. L'ingresso invertente del comparatore (RZZ) riceve una tensione di riferimento di 2.7 V dal divisore R1R3. che garantisce la selezione del segnale riflesso utile al livello dell'interferenza ricevuta. Il circuito della tensione di riferimento è inoltre protetto dalle interferenze da un diodo limitatore VD1 e un condensatore C1. I diodi VD2 e VD3 limitano il valore istantaneo del segnale riflesso ai livelli di 0 e 5 V. Un segnale audio che avverte il conducente della presenza di un ostacolo nella zona invisibile viene generato da un emettitore piezoelettrico BQ2. collegato tramite il resistore R16 direttamente ai terminali della porta P2 del MK. Il localizzatore è alimentato da una tensione di 12 ± 2.5 V proveniente dal bersaglio delle luci di segnalazione della retromarcia del veicolo. Il chip DA1 stabilizza la tensione di alimentazione al livello di 5 V, necessaria per il normale funzionamento dell'MK. Nel circuito di alimentazione del dispositivo è installato un filtro costituito dai condensatori C2, C8, C13 e dal resistore R6. Il principio di funzionamento del localizzatore si basa sull'emissione di un burst di impulsi di frequenza ultrasonica e sulla successiva ricezione del segnale riflesso da un ostacolo. Il tempo dal momento dell'emissione al momento della ricezione del segnale riflesso è direttamente proporzionale alla distanza dall'oggetto. A seconda della distanza, il localizzatore genera uno dei due segnali acustici di avviso: se è inferiore a 1 m vengono generati messaggi acustici frequenti, se da 1 a 2 m - rari. A una distanza superiore a 2 m non viene emesso alcun segnale acustico. Il tempo di attesa per il segnale riflesso è di 60 ms, dopodiché viene emessa la successiva raffica di impulsi e il processo si ripete. Il funzionamento del dispositivo è spiegato più in dettaglio dal grafico [1], mostrato in Fig. 2 Comprende quattro vertici - stati: INVIA (TRASFERIMENTO) - formazione di un burst ultrasonico di impulsi; PRESS (Suppression) - soppressione del suono successivo dell'emettitore; WAIT - attesa del segnale riflesso e COUNT - calcolo della distanza dall'oggetto.
Le transizioni tra gli stati, mostrate dagli archi del grafico, sono causate dai seguenti eventi diretti (indicati da una lettera) e indiretti (due lettere in base alla transizione): t (timer - timer) - attivazione del timer MK, s (comparatore - comparatore) - funzionamento del comparatore MK, ws (wait - send) - fine dell'attesa del segnale riflesso, cs (count - send) - fine del calcolo della distanza dall'oggetto e pw (press - wait) - fine del conto alla rovescia del tempo di soppressione. All'accensione, il dispositivo viene ripristinato automaticamente e lo stato SEND viene inizializzato. La funzione principale di questo stato è quella di consentire la formazione di un treno di impulsi ultrasonici della durata di 1 ms. Quando attivato, il timer MK mette il dispositivo nello stato PRESS, in cui non risponde al segnale riflesso ricevuto. La durata di questo stato è determinata dal numero di volte in cui il timer viene attivato, che può essere modificato a seconda del tipo di trasduttore ultrasonico utilizzato. Al termine del conto alla rovescia del tempo di soppressione, la successiva attivazione del timer pone il dispositivo nello stato di ATTESA. Nello stato WAIT, il localizzatore attende l'arrivo di un segnale riflesso utile, che attiva il comparatore MK. memorizzando il tempo dall'invio alla ricezione del segnale utile e passando allo stato COUNT. Il processo di conteggio del tempo nello stato WAIT è sincronizzato dal timer MK che si attiva ogni millisecondo. Se dopo 60 ms il comparatore MK non funziona in questo stato, il dispositivo ritorna nello stato SEND. Quando il comparatore viene attivato, entra nello stato COUNT. Nello stato COUNT, il localizzatore continua a contare l'intervallo di tempo di 60 ms. Quindi, in base al tempo precedentemente registrato dal momento dell'invio al momento della ricezione del segnale, viene calcolata la distanza dall'oggetto. In base al risultato del calcolo, il dispositivo controlla l'uscita di un segnale audio con l'intervallo di pausa del segnale richiesto. Una volta completato il calcolo, entra nello stato SEND. Quindi il ciclo di lavoro viene ripetuto: nel localizzatore è possibile utilizzare qualsiasi condensatore ceramico e all'ossido di piccole dimensioni. La bobina L1 è avvolta su un telaio unificato a sezione unica con diametro di 8 e lunghezza della sezione di avvolgimento di 7 mm. Trimmer - ferrite (100NN) con un diametro di 2,8 e una lunghezza di 12 mm. La bobina contiene 860 spire, avvolte spira per spira con filo 0,15 PEL (induttanza 4.4 mH). Resistore R2 - SP5-2 o qualsiasi altro trimmer multigiro di piccole dimensioni. Emettitore sonoro piezoceramico BQ2 - ZP-22 o simile. Transistor VT1. VT3: qualsiasi della serie KT3102. VT2: qualsiasi serie KT3107. L'emettitore di ultrasuoni BQ3 e il ricevitore BQ1 sono identici. La versione dell'autore utilizza trasduttori ad ultrasuoni del dispositivo di sicurezza prodotto industrialmente "Echo-2", è possibile utilizzare qualsiasi trasduttore piezoceramico adatto, compresi quelli fatti in casa, con le stesse frequenze operative nell'intervallo 36...38 kHz [ 2]. Per collegarli vengono utilizzati connettori DJK importati (le loro prese DJK-2MR sono installate sulla scheda e i cavi di collegamento sono dotati di spine DJK-2F). Nella tabella sono riportati i codici "firmware" della ROM MK. La quantità di codice del programma è di 242 byte.
Strutturalmente il localizzatore è costituito da un'unità elettronica e da un emettitore e un ricevitore della stessa struttura. Le parti dell'unità elettronica sono montate su un circuito stampato in fibra di vetro secondo la Fig. 3.
La scheda è collocata in una custodia di plastica del progettista radiofonico "Dispositivo interfonico" prodotto da JSC "Novgorod Machine-Building Plant". L'aspetto del localizzatore assemblato è mostrato in Fig. 4.
Per ridurre l'influenza acustica dell'emettitore sul ricevitore a ultrasuoni, i loro percorsi acustici sono realizzati sotto forma di trombe. La tromba, inoltre, abbina l'impedenza acustica totale relativamente elevata del trasduttore con la resistenza piuttosto bassa del carico, cioè del mezzo aereo (3). Il più efficace è un corno esponenziale, la cui area della sezione varia secondo la legge S = S0em, dove S è l'area della sezione del corno alla distanza x dal trasduttore, S0 è la area dell'ingresso della tromba (a x = 0), cioè la superficie del trasduttore, m è il coefficiente di espansione della tromba, che dipende dalla frequenza operativa (per 35 kHz t = 0,17 mm-1). A casa, il modo più semplice per realizzare un corno è la cui sezione trasversale ha la forma di un cerchio. Sapendo che l'area del cerchio è pari a πD2/4, il diametro del corno viene calcolato utilizzando la formula precedente a diverse distanze x dal trasduttore (x può essere limitata a 15...20 mm). Quindi, utilizzando i valori risultanti, viene disegnato su carta un profilo longitudinale del corno e utilizzandolo viene realizzato un modello in cartone spesso o stagno. Le corna stesse sono realizzate utilizzando questo modello in schiuma rigida. Le superfici delle trombe finite sono rivestite con vernice per conferire loro migliori proprietà acustiche. Per proteggerle dagli agenti atmosferici, le trombe sono collocate in alloggiamenti protettivi dotati di staffe per l'installazione sul paraurti posteriore dell'auto. È conveniente utilizzare come involucri le scatole di giunzione in plastica dei cavi elettrici. Le staffe sono in lamiera d'acciaio. Gli spazi tra l'involucro e la tromba sono riempiti con resina epossidica e l'intera struttura è ricoperta da diversi strati di smalto sintetico resistente agli agenti atmosferici. La configurazione del dispositivo inizia con la verifica dell'affidabilità dei collegamenti e dell'assenza di cortocircuiti dell'installazione. Prima di installare l'MK, si consiglia di verificare il funzionamento dello stabilizzatore di tensione e dell'amplificatore del segnale a ultrasuoni. Per fare ciò, collegare l'alimentazione e misurare la tensione sul pin 5 del pannello MK. Dovrebbe essere compreso tra 5 ± 0.3 V. Misurare quindi la tensione CC sul pin 9 del pannello MK (2.5 V ± 10%) e. collegando un voltmetro al suo morsetto 10. Regolare la tensione con la resistenza di regolazione R2 su 0.2...0.3 V in più della prima. Successivamente, collegando l'ingresso dell'oscilloscopio al pin 9 del pannello MK e applicando un segnale sinusoidale con una frequenza di 37 kHz e un'ampiezza di 3 mV all'ingresso dell'amplificatore, sullo schermo dell'oscilloscopio si osserva un segnale con un'ampiezza di 4.5 V. Regolando l'induttanza della bobina L1, si ottiene il guadagno massimo alla frequenza specificata. Successivamente, con l'alimentazione spenta, nel pannello viene installato un MK preprogrammato e il dispositivo viene collegato all'emettitore e al ricevitore. Se il dispositivo non funziona all'accensione, collegare l'ingresso dell'oscilloscopio (con una resistenza di ingresso di almeno 10 MOhm) al pin XTAL2 (pin 6) del chip DD1 e verificare se il generatore di clock MK è eccitato. L'assenza di oscillazioni sinusoidali con frequenza di 8 MHz indica che il generatore non è autoeccitante. In questo caso, è necessario controllare il risonatore al quarzo ZQ1 e i condensatori C3 e C4. Se installato su un'auto, il localizzatore verrà posizionato all'interno dell'abitacolo e i trasduttori a ultrasuoni verranno posizionati sul paraurti posteriore ad una distanza di almeno 0.6 m l'uno dall'altro. Questa distanza fornisce una larghezza dell'area di lavoro del localizzatore pari a 2 m. Puoi anche regolare la larghezza di questa zona. Letteratura
Autore: M.Gladstein, M.Sharov
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