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).

Акустический локатор для автомобиля

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.

Акустический локатор для автомобиля

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.

Акустический локатор для автомобиля

(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.

Акустический локатор для автомобиля

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

Акустический локатор для автомобиля

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

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

    Добавить комментарий

    Защитный код
    Обновить

    Навигация

    Инструкции по эксплуатации

    Модуль RP023 питания 5/3,3 В для беспаечных макетных плат.
    Модуль питания для беспаечных плат
    Плата представляет собой модуль питания, имеющий в своем составе два стабилизатора напряжений 5 и 3,3 В. Модуль имеет форму и размеры, позволяющие его устанавливать на стандартные макетные платы, используемые на начальном этапе разработки электронных устройств. При этом значительно экономится драгоценное место на макете, которого, как известно, много не бывает. Напряжение каждой шины питания выбирается с помощью установленного на ней переключателя, что позволяет независимо устанавливать требуемое напряжение на каждой из линий питания. Входное напряжение в диапазоне от 5 до 12 В может подаваться на любой из имеющихся разъемов: стандартный круглый разъем типа DJK-02A или miniUSB. Для контроля выходных напряжений на плате имеется индикатор. Технические характеристики: Входное напряжение постоянное, В - 5…12 Нагрузочная способность каждого выхода, А - 1 Габаритные размеры без
    Цена 300.00 руб.
    Copyright © 2017 Электрические принципиальные схемы.