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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Непрозрачная прозрачность 03.12.2017 Поглощение электромагнитного излучения, в том числе света, непрозрачными материалами происходит из-за превращения внутри них электромагнитной энергии в тепло или другие виды энергии. Уголь и черная краска выглядят черными именно потому, что в этих материалах энергия падающего света практически полностью поглощается. Другие же материалы, такие как стекло или кварц, не поглощают свет и потому выглядят прозрачными. Международная группа ученых теоретически обнаружили крайне необычный оптический эффект: при определенных условиях материал, который не обладает поглощением, должен поглощать свет. Современная электродинамика позволяет математически описать процесс прохождения света через прозрачный материал. При этом по заданному входящему электромагнитному полю (падающему излучению) теоретики рассчитывают выходное рассеянное поле. Исследуя теоретически прохождение света с различными характеристиками через прозрачный материал, авторы работы обнаружили эффект, который по их собственному признанию, стал для них неожиданным. Если особым образом менять во времени интенсивность падающего света, то он перестанет полностью проходить через прозрачный материал, по крайней мере, какое-то время. Поглощения по-прежнему не будет, но энергия падающего света частично будет копиться внутри прозрачного материала, не покидая его до достижения определенного значения. В частности, если увеличивать со временем интенсивность падающего света по экспоненте (т.е. пропорционально еt), то вся энергия падающего света будет копиться внутри прозрачного материала. Снаружи при этом он будет выглядеть идеально поглощающим свет. Исследователи назвали этот эффект виртуальным поглощением. Когда же экспоненциальное нарастание амплитуды падающей волны прекращается, вся "запертая" внутри слоя энергия сразу же начинает покидать его. Обнаруженный теоретически эффект может иметь важные практические применения для гибкого управления распространением и хранением света, создания устройств низкоэнергетической памяти и оптической модуляции. Он позволит разработать устройства оптической памяти, которые будут кратковременно без потерь хранить информацию и высвобождать ее в нужный момент времени.

Другие интересные новости:

▪ Пищевые датчики на основе бумаги и графена

▪ Паровой дизельный двигатель

▪ Акустический контроль в наномире

▪ Шафран против рака

▪ Часы с пистолетом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта ВЧ усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Русская конституция - взятка. Крылатое выражение

▪ статья Кто изобрел ноль? Подробный ответ

▪ статья Огуречное дерево. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Регулятор температуры жала электропаяльника. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Соревнование двух карандашей. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025