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:

Особенности почек помогают легче переносить высоту 18.01.2025

Высокогорные регионы всегда привлекали внимание исследователей, изучающих, как человек адаптируется к жизни в условиях разреженного воздуха. Недавнее исследование группы ученых из Университета Маунт-Ройал в Канаде, возглавляемое доктором Тревором Деем, проливает свет на важную роль почек в акклиматизации к большим высотам. Работы канадских ученых объясняют, почему представители народности шерпа, которые веками живут в высокогорных районах Тибета, значительно лучше переносят высокогорье. В своем исследовании ученые наблюдали за дыханием и составом крови участников во время их подъема на высоту 4300 метров в Гималаях, в Непале. Эксперимент проводился с участием двух групп: одна состояла из жителей низменностей, не привыкших к горной среде, а другая - из шерпов, чей организм приспособлен к жизни на большой высоте. Основное различие между этими группами было в том, как их организмы реагировали на дефицит кислорода в воздухе. У шерпов наблюдалась более быстрая и масштабная адаптация к ...>>

Производство электричества с помощью термоядерного синтеза 18.01.2025

Американская компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) нацелена на создание первой в мире термоядерной электростанции, способной подключаться к электрической сети. Этот амбициозный проект, известный как ARC (Affordable, Robust, Compact), будет построен вблизи города Ричмонд, штат Вирджиния. В соответствии с планами, новая электростанция сможет производить до 400 мегаватт чистой энергии, что вполне хватит для обеспечения электричеством 150 тысяч домохозяйств. Прогнозируется, что станция начнет работу в 2030-х годах. Принцип работы термоядерной электростанции основан на процессе термоядерного синтеза, который происходит в ядре звезд. В отличие от традиционной атомной энергетики, где используется деление ядер атомов с образованием радиоактивных отходов, термоядерный синтез создает в качестве побочного продукта безопасный гелий. Для того чтобы удерживать плазму с температурой свыше 100 миллионов градусов Цельсия, установка будет использовать мощные магнитные поля. Тем не менее, н ...>>

Экологическая защита для овощей и фруктов 17.01.2025

Исследователи из женского колледжа Шри Нараяна в Колламе, Керала, Индия, разработали инновационный способ продления свежести фруктов и овощей. Группа под руководством Пурнимы Виджаян предложила использовать съедобное покрытие, созданное на основе целлюлозных нановолокон (CNF), полученных из луковой шелухи. Этот подход не только продлевает срок хранения продуктов, но и способствует их безопасности благодаря включению нанокуркумина, известного своими антимикробными свойствами. Основным компонентом покрытия являются CNF, полученные из переработанных отходов лука. Эти нановолокна соединяются с синтетическим биополимером, который улучшает структуру покрытия, устраняя проблемы с водостойкостью и термической стабильностью, ранее свойственные материалам на основе CNF. Кроме того, добавление нанокуркумина усиливает антимикробные свойства покрытия, делая его особенно эффективным для предотвращения порчи. Для проверки эффективности этой разработки ученые провели эксперимент с апельсинами. П ...>>

Случайная новость из Архива Диски Seagate Video 2.5 HDD для непрерывной эксплуатации 23.12.2012 Компания Seagate Technology анонсировала выпуск жестких дисков Seagate Video 2.5 HDD. По словам производителя, эти накопители типоразмера 2,5 дюйма спроектированы специально в расчете на непрерывную эксплуатацию, например, в устройствах для записи видео, абонентских приставках и системах видеонаблюдения. Производитель выделяет три ключевых области, в которых проявляются достоинства Video 2.5 HDD: высокую надежность, низкий уровень шума и высокую энергетическую эффективность. В серию Video 2.5 HDD вошли модели объемом до 500 ГБ с одной и двумя пластинами носителя. По словам Seagate, эти накопители выгодно отличаются от накопителей типоразмера 3,5 дюйма меньшими размерами и меньшим энергопотреблением (разница в потребляемой мощности достигает 55%). Поскольку уровень шума, создаваемый накопителями Video 2.5 HDD при работе, не превышает 22 дБ, они хорошо подходят для бытовой электроники.

Другие интересные новости:

▪ Раскрыт секрет обучения во сне

▪ AMD Radeon R9 290

▪ Нанопинцеты извлекают отдельные молекулы из живой клетки, не разрушая ее

▪ Вред от ветряков снижен

▪ Твердотельные накопители HGST Ultrastar SN200 NVMe и SS200 SAS

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Светодиоды. Подборка статей

▪ статья Дачная мебель из водопроводных труб. Советы домашнему мастеру

▪ Почему столь долго Китай оставался "закрытой" страной и как произошло его "открытие"? Подробный ответ

▪ статья Надежная защита головы. Личный транспорт

▪ статья Замедлитель включения лампы накаливания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Двуполярный стабилизированный источник питания, 3-15/±5 вольт 0,25 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025