Рухаючись заднім ходом водій автомобіля не може бачити певну зону дорожнього простору. Ця зона має протяжність до двох метрів, і в ній можуть виявитися люди або тварини, а також предмети, що представляють собою перешкоду для руху. Досягнення сучасної техніки дозволяють створювати спеціальні пристрої для огляду зазначеного простору та інформування водія випадку, якщо на шляху автомобіля зустрічаються якісь об'єкти. Найбільш оптимально така задача вирішується за допомогою імпульсної акустичної локації. Відомі успішні спроби побудови подібних пристроїв (див., наприклад, книгу Сига X., Мідзутані С. "Введення в автомобільну електроніку". - М: Світ, 1989). Однак через складність і високу вартість ці локатори поки не отримали широкого застосування.

Акустичний локатор, пропонований читачам, виконаний на базі мікроконтролера Z8. Він відрізняється простотою, зручний для повторення радіоаматорами. При відповідної доопрацюванні програми і конструкції його можна використовувати в як незамінного помічника для сліпих, пристроїв охорони приміщень, портативного ехолота рибалки-любителя, безконтактного індикатора рівня рідини і т. п.

Принципова схема локатора зображена на рис. 1. Його основа - мікроконтролер (МК) Z86E0208PSC (DD1).

Акустичний локатор для автомобіля

Зовнішня времязадающая ланцюг МК складається з кварцового резонатора ZQ1 на частоту 8 МГц і конденсаторів C3. С4. Ультразвуковий випромінювач BQ3 підключений безпосередньо до виводів порту Р2 МК. Розмах збудливої напруги на вході випромінювача дорівнює 10 Ст. тривалість пачки імпульсів - 1 мс. Відбитий сигнал, прийнятий ультразвуковим приймачем BQ1, надходить на вхід трьохкаскадного резонансного підсилювача, виконаного на транзисторах VT1-VT3. З його виходу сигнал з постійною складовою 2.5 В подається на неинвсртирующий вхід (Р32) вбудованого компаратора МК. На інвертуючий вхід компаратора (РЗЗ) надходить зразкове напруга 2.7 В з дільника R1R3. що забезпечує виділення корисного відбитого сигналу на рівні прийнятих перешкод. Ланцюг зразкового напруги додатково захищена від перешкод обмежувальним діодом VD1 і конденсатором С1. Діоди VD2 і VD3 обмежують миттєве значення відбитого сигналу рівнями 0 і 5 Ст. Звуковий сигнал, що попереджає водія про наявність перешкоди в невидимій зоні, формується пьезоизлучателем BQ2. підключеним через резистор R16 безпосередньо до виводів порту Р2 МК.

Живиться локатор напругою 12 ± 2.5 від мети сигнальних ліхтарів заднього ходу автомобіля. Мікросхема DA1 стабілізує напругу живлення на рівні 5 В, необхідному для нормальної роботи МК. У ланцюзі живлення пристрою встановлений фільтр, що складається з конденсаторів С2, С8, С13 і резистора R6.

Принцип дії локатора заснований на випромінюванні пачки імпульсів ультразвукової частоти і подальшому прийомі відбитого сигналу перешкодою. Час від моменту випромінювання до моменту прийому відбитого сигналу прямо пропорційна відстані до об'єкта. В залежності від відстані локатор формує один з двох попереджувальних звукових сигналів: якщо воно менше 1 м, генеруються часті тональні посилки, якщо від 1 до 2 м - рідкісні. При відстані більше 2 м звуковий сигнал відсутній. Час очікування відбитого сигналу - 60 мс, після чого випромінюється наступна пачка імпульсів і процес повторюється.

Більш детально роботу пристрою пояснює граф [1], показаний на рис. 2 включає в себе чотири вершини - стану: SEND (ПЕРЕДАЧА) - формування ультразвуковий пачки імпульсів; PRESS (ПРИДУШЕННЯ) - придушення послезвучания випромінювача; WAIT (ОЧІКУВАННЯ) - очікування відбитого сигналу і COUNT (РОЗРАХУНОК) - обчислення відстані до об'єкта.

Переходи між станами, показані дугами графа, викликаються наступними прямими (позначені однією буквою) і непрямими (двома літерами відповідно до переходом) подіями: t (timer - таймер) - спрацьовування таймера МК, з (comparator - компаратор) - спрацьовування компаратора МК, ws (wait - send) - закінчення очікування відбитого сигналу cs (count - send) - закінчення обчислення відстані до об'єкта і pw (press - wait) - закінчення відліку часу придушення.

При включенні живлення відбувається автоматичне скидання пристрою і ініціалізується стан SEND. Основна функція цього стану - дозвіл формування ультразвукової пачки імпульсів тривалістю 1 мс. Спрацьовуючи, таймер МК переводить пристрій в стан PRESS, в якому воно не реагує на прийнятий відбитий сигнал. Тривалість перебування у цьому стані визначається числом спрацьовувань таймера, яку можна змінювати в залежності від типу використовуваного ультразвукового перетворювача. Після закінчення відліку часу придушення чергове спрацьовування таймера переводить пристрій в стан WAIT.

У стані WAIT локатор очікує приходу корисного відбитого сигналу, який викликає спрацьовування компаратора МК. запам'ятовування часу від посилки до прийому корисного сигналу і перехід в стан COUNT. Процес відліку часу в стані WAIT синхронізується спрацьовуванням таймера МК кожну мілісекунду. Якщо через 60 мс в цьому стані компаратор МК не спрацює, пристрій знову переходить в стан SEND. При спрацьовування компаратора воно переходить у стан COUNT.

У стані COUNT локатор продовжує досчитывать часовий інтервал 60 мс. Потім на основі раніше зафіксованого часу від моменту посилки до моменту прийому сигналу розраховується відстань до об'єкта. У відповідності з результатом розрахунку пристрій управляє видачею звукового сигналу з необхідним інтервалом "сигнал-пауза". По завершенні обчислень воно переходить у стан SEND. Далі цикл роботи повторюється В latitude можна використовувати будь-які малогабаритні керамічні та оксидні конденсатори. Котушка L1 намотана на односекційному уніфікованому каркасі діаметром 8 і довжиною секції намотування 7 мм. Підстроєчник - феритовий (100НН) діаметром 2,8 і довжиною 12 мм. Котушка містить 860 витків, намотаних виток до витка проводом ПЕЛ 0,15 (індуктивність 4.4 мГн). Резистор R2 - СП5-2 або будь-який інший малогабаритний подстроечиый багатооборотний. П'єзокерамічні звуковий випромінювач BQ2 - ЗП-22 або аналогічний. Транзистори VT1. VT3 - будь-які із серії КТ3102. VT2 - будь-який з серії КТ3107.

Ультразвукові випромінювач BQ3 і приймач BQ1 ідентичні. В авторському варіанті використані ультразвукові перетворювачі від випускається промисловістю охоронного пристрою "Ехо-2", можливе застосування будь-яких підходящих п'єзокерамічних перетворювачів, в тому числі і саморобних, з однаковими робочими частотами в діапазоні 36...38 кГц [2]. Для їх підключення застосовані імпортні роз'єми DJK (на платі встановлюють їх розетки DJK-2MR, а сполучні кабелі забезпечують виделками DJK-2F).

Коди "прошивки" ПЗП МК наведено в таблиці. Обсяг програмного коду - 242 байта.

(натисніть для збільшення)

Конструктивно локатор складається з електронного блоку і однакових по конструкції випромінювача і приймача Деталі електронного блоку змонтовані на друкованій платі з фольгованого склотекстоліти відповідно до рис. 3.

Плата поміщена в пластмасовий корпус від радиоконструктора "переговорний Пристрій" виробництва АТ "Новгородський машинобудівний завод". Зовнішній вид локатора в зборі показаний на рис. 4.

Для зменшення акустичного впливу випромінювача на ультразвуковий приймач їх акустичні тракти виконані у вигляді рупорів. Рупор, крім того, погодить відносно високе повне акустичне опір перетворювача з досить низьким опором навантаження, тобто повітряного середовища (3). Найбільш ефективний експонентний рупор, площа поперечного перерізу якого змінюється за законом S = S0em , де S - площа поперечного перерізу рупора на відстані х від перетворювача, S0 - площа вхідного отвору рупора (при х = 0), т. е. площа поверхні перетворювача, m - коефіцієнт розширення рупора, який залежить від робочої частоти (для 35 кГц т = 0,17 мм-1).

В домашніх умовах найпростіше виготовити рупор, поперечний переріз якого має форму кола. Знаючи, що площа кола дорівнює πD2/4, розраховують діаметр рупора за наведеною вище формулою, на різних відстанях х від перетворювача (х можна обмежити величиною 15...20 мм). Потім по отриманим значенням креслять на папері поздовжній профіль рупора і по ньому виготовляють шаблон із щільного картону або жерсті. Самі рупори виконують за допомогою цього шаблону з твердого пінопласту. Поверхні готових рупорів покривають фарбою для надання їм кращих акустичних властивостей. Для захисту від атмосферного впливу рупори поміщають в захисні кожухи, забезпечені кронштейнами для встановлення на задньому бампері автомобіля. Як кожухів зручно використовувати пластмасові кроссировочные коробки від електропроводки. Скоби виготовляють з листової сталі. Щілини між кожухом і рупором заливають епоксидною смолою, а всю конструкцію покривають у кілька шарів атмосферостійкою синтетичної емаллю.

Налагодження пристрою починають з перевірки монтажу на надійність з'єднань і відсутність коротких замикань. До установки МК доцільно перевірити роботу стабілізатора напруги і підсилювача ультразвукового сигналу. Для цього підключають живлення і вимірюють напругу на виводі 5 панелі МК. Воно повинно знаходитися в межах 5 ± 0.3 В. Потім вимірюють постійну напругу на виводі 9 панелі МК (2.5 В ± 10%) в. приєднавши вольтметр до її висновку 10. встановлюють підлаштування резистором R2 напруга на 0.2...0.3 більше першого. Далі, підключивши вхід осцилографа до висновку 9 панелі МК і подавши на вхід підсилювача синусоїдальний сигнал частотою 37 кГц і амплітудою 3 мВ, спостерігають на екрані осцилографа сигнал з амплітудою 4.5 Ст. Підстроюванням індуктивності котушки L1 домагаються максимального посилення на зазначеній частоті.

Після цього при відключеному живленні встановлюють в панель попередньо запрограмований МК і пристрій з'єднують з випромінювачем і приймачем. Якщо при включенні живлення пристрій не запрацює, під'єднують вхід осцилографа (з вхідним опором не менше 10 МОм) до висновку XTAL2 (вивід 6) мікросхеми DD1 і перевіряють, збуджується тактовий генератор МК. Відсутність коливань синусоїдальної форми частотою 8 МГц свідчить про те, що генератор не самовозбуждается. В цьому випадку потрібно перевірити кварцовий резонатор ZQ1 і конденсатори C3 і С4.

При установці на автомобілі локатор размешают всередині салону, а ультразвукові перетворювачі - на задньому бампері на відстані не менше 0.6 м один від іншого. Це відстань забезпечує ширину робочої зони локатора, рівну 2 м. Змінюючи його. можна регулювати ширину цієї зони.

Література

  • Гладштейн М. Проектуємо пристроїв на мікроконтролерах. - Радіо. 2000. № 11. с. 25. 26: № 12. с. 18-21.
  • Ультразвукові перетворювачі. Під ред. О. Кікучі. - М : Світ. 1972.
  • Бергман Л. Ультразвук та його застосування в науці і техніці. - М.: Іноземна література, 1956.
  • Автор: М. Гладштейн, М. Куль

    Add comment

    Навігація

    Інструкції з експлуатації

    Copyright © 2019 Електричні принципові схеми.