Акустический локатор для автомобиля. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Автомобиль. Электронные устройства

Комментарии к статье

Двигаясь задним ходом, водитель автомобиля не может видеть определенную зону дорожного пространства. Эта зона имеет протяженность до двух метров, и в ней могут оказаться люди или животные, а также предметы, представляющие собой помеху для движения. Достижения современной техники позволяют создавать специальные устройства для обзора указанного пространства и информирования водителя в случае, если на пути автомобиля встречаются какие-либо объекты. Наиболее оптимально такая задача решается с помощью импульсной акустической локации. Известны успешные попытки построения подобных устройств (см., например, книгу Сига X., Мидзутани С. "Введение в автомобильную электронику". - М.: Мир, 1989). Однако из-за сложности и высокой стоимости эти локаторы пока не получили широкого применения.

Акустический локатор, предлагаемый читателям, выполнен на базе микроконтроллера Z8. Он отличается простотой, удобен для повторения радиолюбителями. При соответствующей доработке программы и конструкции его можно использовать в качестве незаменимого помощника для слепых, устройств охраны помещений, портативного эхолота рыболова-любителя, бесконтактного индикатора уровня жидкости и т. п.

Принципиальная схема локатора изображена на рис. 1. Его основа - микроконтроллер (МК) Z86E0208PSC (DD1).

Внешняя времязадающая цепь МК состоит из кварцевого резонатора ZQ1 на частоту 8 МГц и конденсаторов C3. С4. Ультразвуковой излучатель BQ3 подключен непосредственно к выводам порта Р2 МК. Размах возбуждающего напряжения на входе излучателя равен 10 В. длительность пачки импульсов - 1 мс. Отраженный сигнал, принятый ультразвуковым приемником BQ1, поступает на вход трехкаскадного резонансного усилителя, выполненного на транзисторах VT1-VT3. С его выхода сигнал с постоянной составляющей 2.5 В подается на неинвсртирующий вход (Р32) встроенного компаратора МК. На инвертирующий вход компаратора (РЗЗ) поступает образцовое напряжение 2.7 В с делителя R1R3. что обеспечивает выделение полезного отраженного сигнала на уровне принятых помех. Цепь образцового напряжения дополнительно защищена от помех ограничительным диодом VD1 и конденсатором С1. Диоды VD2 и VD3 ограничивают мгновенное значение отраженного сигнала уровнями 0 и 5 В. Звуковой сигнал, предупреждающий водителя о наличии препятствия в невидимой зоне, формируется пьезоизлучателем BQ2. подключенным через резистор R16 непосредственно к выводам порта Р2 МК.

Питается локатор напряжением 12 ± 2.5 В от цели сигнальных фонарей заднего хода автомобиля. Микросхема DA1 стабилизирует питающее напряжение на уровне 5 В, необходимом для нормальной работы МК. В цепи питания устройства установлен фильтр, состоящий из конденсаторов С2, С8, С13 и резистора R6.

Принцип действия локатора основан на излучении пачки импульсов ультразвуковой частоты и последующем приеме отраженного препятствием сигнала. Время от момента излучения до момента приема отраженного сигнала прямо пропорционально расстоянию до объекта. В зависимости от расстояния локатор формирует один из двух предупреждающих звуковых сигналов: если оно менее 1 м, генерируются частые тональные посылки, если от 1 до 2 м - редкие. При расстоянии более 2 м звуковой сигнал отсутствует. Время ожидания отраженного сигнала - 60 мс, после чего излучается следующая пачка импульсов и процесс повторяется.

Более детально работу устройства поясняет граф [1], показанный на рис. 2 Он включает в себя четыре вершины - состояния: SEND (ПЕРЕДАЧА) - формирование ультразвуковой пачки импульсов; PRESS (ПОДАВЛЕНИЕ) - подавление послезвучания излучателя; WAIT (ОЖИДАНИЕ) - ожидание отраженного сигнала и COUNT (РАСЧЕТ) - вычисление расстояния до объекта.

Переходы между состояниями, показанные дугами графа, вызываются следующими прямыми (обозначены одной буквой) и косвенными (двумя буквами в соответствии с переходом) событиями: t (timer - таймер) - срабатывание таймера МК, с (comparator - компаратор) - срабатывание компаратора МК, ws (wait - send) - окончание ожидания отраженного сигнала, cs (count - send) - окончание вычисления расстояния до объекта и pw (press - wait) - окончание отсчета времени подавления.

При включении питания происходит автоматический сброс устройства и инициализируется состояние SEND. Основная функция этого состояния - разрешение формирования ультразвуковой пачки импульсов длительностью 1 мс. Срабатывая, таймер МК переводит устройство в состояние PRESS, в котором оно не реагирует на принятый отраженный сигнал. Длительность нахождения в этом состоянии определяется числом срабатываний таймера, которое можно изменять в зависимости от типа используемого ультразвукового преобразователя. По окончании отсчета времени подавления очередное срабатывание таймера переводит устройство в состояние WAIT.

В состоянии WAIT локатор ожидает прихода полезного отраженного сигнала, который вызывает срабатывание компаратора МК. запоминание времени от посылки до приема полезного сигнала и переход в состояние COUNT. Процесс отсчета времени в состоянии WAIT синхронизируется срабатыванием таймера МК каждую миллисекунду. Если через 60 мс в этом состоянии компаратор МК не сработает, устройство снова переходит в состояние SEND. При срабатывании компаратора оно переходит в состояние COUNT.

В состоянии COUNT локатор продолжает досчитывать временной интервал 60 мс. Затем на основе ранее зафиксированного времени от момента посылки до момента приема сигнала рассчитывается расстояние до объекта. В соответствии с результатом расчета устройство управляет выдачей звукового сигнала с необходимым интервалом "сигнал-пауза". По завершении вычислений оно переходит в состояние SEND. Далее цикл работы повторяется В локаторе можно использовать любые малогабаритные керамические и оксидные конденсаторы. Катушка L1 намотана на односекционном унифицированном каркасе диаметром 8 и длиной секции намотки 7 мм. Подстроечник - ферритовый (100НН) диаметром 2,8 и длиной 12 мм. Катушка содержит 860 витков, намотанных виток к витку проводом ПЭЛ 0,15 (индуктивность 4.4 мГн). Резистор R2 - СП5-2 или любой другой малогабаритный подстроечиый многооборотный. Пьезокерамический звуковой излучатель BQ2 - ЗП-22 или аналогичный. Транзисторы VT1. VT3 - любые из серии КТ3102. VT2 - любой из серии КТ3107.

Ультразвуковые излучатель BQ3 и приемник BQ1 идентичны. В авторском варианте использованы ультразвуковые преобразователи от выпускаемого промышленностью охранного устройства "Эхо-2", возможно применение любых подходящих пьезокерамических преобразователей, в том числе и самодельных, с одинаковыми рабочими частотами в диапазоне 36...38 кГц [2]. Для их подключения применены импортные разьемы DJK (на плате устанавливают их розетки DJK-2MR, а соединительные кабели снабжают вилками DJK-2F).

Коды "прошивки" ПЗУ МК приведены в таблице. Объем программного кода - 242 байта.

(нажмите для увеличения)

Конструктивно локатор состоит из электронного блока и одинаковых по конструкции излучателя и приемника Детали электронного блока смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита в соответствии с рис. 3.

Плата помещена в пластмассовый корпус от радиоконструктора "Устройство переговорное" производства АО "Новгородский машиностроительный завод". Внешний вид локатора в сборе показан на рис. 4.

Для уменьшения акустического влияния излучателя на ультразвуковой приемник их акустические тракты выполнены в виде рупоров. Рупор, кроме того, согласует относительно высокое полное акустическое сопротивление преобразователя с довольно низким сопротивлением нагрузки, т. е. воздушной среды (3). Наиболее эффективен экспоненциальный рупор, площадь поперечного сечения которого изменяется по закону S = S0em, где S - площадь поперечного сечения рупора на расстоянии х от преобразователя, S0 - площадь входного отверстия рупора (при х = 0), т. е. площадь поверхности преобразователя, m - коэффициент расширения рупора, который зависит от рабочей частоты (для 35 кГц т = 0,17 мм-1).

В домашних условиях проще всего изготовить рупор, поперечное сечение которого имеет форму круга. Зная, что площадь круга равна πD2/4, рассчитывают диаметр рупора по приведенной выше формуле на разных расстояниях х от преобразователя (х можно ограничить величиной 15...20 мм). Затем по получившимся значениям чертят на бумаге продольный профиль рупора и по нему изготавливают шаблон из плотного картона или жести. Сами рупоры выполняют с помощью этого шаблона из твердого пенопласта. Поверхности готовых рупоров покрывают краской для придания им лучших акустических свойств. Для защиты от атмосферного воздействия рупоры помещают в защитные кожухи, снабженные кронштейнами для установки на заднем бампере автомобиля. В качестве кожухов удобно использовать пластмассовые кроссировочные коробки от электропроводки. Кронштейны изготавливают из листовой стали. Щели между кожухом и рупором заливают эпоксидной смолой, а всю конструкцию покрывают в несколько слоев атмосферостойкой синтетической эмалью.

Налаживание устройства начинают с проверки монтажа на надежность соединений и отсутствие коротких замыканий. До установки МК целесообразно проверить работу стабилизатора напряжения и усилителя ультразвукового сигнала. Для этого подключают питание и измеряют напряжение на выводе 5 панели МК. Оно должно находиться в пределах 5 ± 0.3 В. Затем измеряют постоянное напряжение на выводе 9 панели МК (2.5 В ± 10%) и. подсоединив вольтметр к ее выводу 10. устанавливают подстроечным резистором R2 напряжение на 0.2...0.3 В больше первого. Далее, подключив вход осциллографа к выводу 9 панели МК и подав на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой 37 кГц и амплитудой 3 мВ, наблюдают на экране осциллографа сигнал с амплитудой 4.5 В. Подстройкой индуктивности катушки L1 добиваются максимального усиления на указанной частоте.

После этого при отключенном питании устанавливают в панель предварительно запрограммированный МК и соединяют устройство с излучателем и приемником. Если при включении питания устройство не заработает, подсоединяют вход осциллографа (с входным сопротивлением не менее 10 МОм) к выводу XTAL2 (вывод 6) микросхемы DD1 и проверяют, возбуждается ли тактовый генератор МК. Отсутствие колебаний синусоидальной формы частотой 8 МГц свидетельствует о том, что генератор не самовозбуждается. В этом случае нужно проверить кварцевый резонатор ZQ1 и конденсаторы C3 и С4.

При установке на автомобиле локатор размешают внутри салона, а ультразвуковые преобразователи - на заднем бампере на расстоянии не менее 0.6 м один от другого. Это расстояние обеспечивает ширину рабочей зоны локатора, равную 2 м. Изменяя его. можно регулировать и ширину этой зоны.

Литература

1. Гладштейн М. Проектируем устройства на микроконтроллерах. - Радио. 2000. № 11. с. 25. 26: № 12. с. 18-21.
2. Ультразвуковые преобразователи. Под ред. Е. Кикучи. - М : Мир. 1972.
3. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М.: Иностранная литература, 1956.

Автор: М.Гладштейн, М.Шаров

Смотрите другие статьи раздела Автомобиль. Электронные устройства.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Тающие айсберги создают новые оазисы жизни на дне океана 30.06.2026

Глобальное потепление активно меняет облик нашей планеты, и одним из наиболее заметных его проявлений становится ускоренное таяние ледников в полярных регионах. Этот процесс не только приводит к подъему уровня Мирового океана, но и вызывает цепную реакцию в морских экосистемах, порой создавая неожиданные и парадоксальные последствия. Массовое высвобождение айсбергов из Гренландии - яркий пример того, как климатические изменения перестраивают жизнь в самых глубоких и удаленных уголках океана. Из-за повышения температуры количество айсбергов, откалывающихся от гренландских ледников, стремительно растет. Ученые проанализировали данные за последние 40 лет и установили, что с 2000 года поток ледяных глыб через пролив Фрама увеличился в четыре раза. Об этом сообщает Futurism со ссылкой на исследование специалистов из Технического университета Дании. Такое беспрецедентное нашествие айсбергов представляет серьезную опасность для международного судоходства. Одновременно оно радикально тра ...>>

Робот-тьютор Optio, помошник школьника 30.06.2026

Икусственный интеллект и робототехника все активнее помогают учителям и ученикам, делая обучение более персонализированным и увлекательным. Гуманоидные роботы, способные взаимодействовать с людьми естественным образом, открывают новые возможности для школ, особенно в условиях нехватки педагогических кадров и растущего интереса к технологиям. Одна из таких инновационных инициатив стартовала в американском штате Нью-Йорк. Компания Realbotix запустила своего помощника учителя на базе искусственного интеллекта под названием Optio в Центральном школьном округе Саламанки. Робот выступает в роли тьютора, предлагая персонализированное репетиторство, многоязычную помощь с домашними заданиями и круглосуточную академическую поддержку. По данным Interesting Engineering, проект направлен на повышение вовлеченности учащихся и внедрение передовых технологий в учебный процесс. В рамках пилотной программы школы округа планируют интегрировать человекоподобных роботов в классы. Изначально Optio буд ...>>

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Случайная новость из Архива Электрогенератор работает на трении 25.07.2012 В рамках исследования, финансируемого Национальным научным фондом, Министерством энергетики и ВВС США, ученым удалось разработать оригинальный трибоэлектрический генератор, который производит электроэнергию из трения двух поверхностей. Исследователи обнаружили еще один способ собрать небольшое количество электроэнергии, захватив электрический заряд, который производится при трении двух различных видов пластмасс. Новый тип генератора может вырабатывать энергию с помощью привычной деятельности, например, ходьбы. Также его можно использовать в различных наноустрйоствах и автономных датчиках давления с низким энергопотреблением. Трибоэлектрический генератор состоит из листов полиэстера и полидиметилсилоксана (PDMS). В процессе трения двух листов полиэстер отдает электроны, а PDMS принимает. При этом создается воздушный зазор, который изолирует заряд на поверхности PDMS и образует дипольный момент. В результате при подключении электрической нагрузки между двумя поверхностями создается небольшой ток. Если постоянно тереть пластинки материалов друг о друга, генератор будет непрерывно вырабатывать электроэнергию. Сферу применения нового устройства расширяет тот факт, что полиэстер и полидиметилсилоксан имеют прозрачность на уровне 75%. Это позволяет встроить новый генератор в поверхность сенсорного экрана, который таким образом сможет вырабатывать энергию от прикосновений пальцев пользователя. Ученые изучили различные варианты микротекстур на поверхности нового генератора и обнаружили, что крошечные пирамидки дают самый большой ток около 0,13 мкА на квадратный сантиметр при довольно большом напряжении - 18 В. Разработчики отмечают, что технология изготовления трибоэлектрического генератора отличается простотой и низкой стоимостью, что позволяет ее масштабировать до крупномасштабного производства и практического применения. При этом надежность устройства весьма высока - оно продолжает вырабатывать энергию после более чем 100 тыс. циклов.

Другие интересные новости:

▪ Гибридная морская электростанция

▪ Голографическая линза для космических телескопов

▪ Гарнитура Logitech G Pro X

▪ Память V9 QLC NAND 9-го поколения

▪ NASA планирует построить на орбите ремонтную станцию

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Предварительные усилители. Подборка статей

▪ статья Нормативно-технические и организационные основы БЖД. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Зачем менеджер Элвиса Пресли распространял значки с надписью I hate Elvis? Подробный ответ

▪ статья Капсикум. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Счетчик времени телефонных разговоров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Схема Nokia Flasher интерфейса. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026