wersja mobilna | kontakt z nami

Radar ultradźwiękowy

Numer: Sierpień/2016

Prezentowane urządzenie to radar wykorzystujący fale ultradźwiękowe. Reaguje, gdy w jego zasięgu pojawi się obiekt wykonany z dowolnego materiału odbijającego dźwięki. Wyróżnia się tym, że współpracuje z czujnikami ultradźwiękowymi stosowanymi w motoryzacji, do systemów wspomagających parkowanie. Czujniki te są estetyczne, hermetyczne i łatwe w montażu, dzięki czemu urządzenie znajdzie wiele zastosowań. Rekomendacje: czujnik przyda się do wielu zastosowań np. systemów alarmowych, czujników odległości, systemów parkowania itp.

Pobierz PDFMateriały dodatkowe

Urządzenie okresowo emituje krótki ciąg impulsów o częstotliwości 40 kHz. Taka fala dźwiękowa rozchodzi się w powietrzu z prędkością ok 340 m/s i jeśli na swojej drodze trafi na przeszkodę o odpowiednich właściwościach, to część fali odbije się, a pewna jej porcja podąży także w kierunku, z którego przybyła. Po emisji fali urządzenie „nasłuchuje” i jeśli znajdzie odpowiednio silny sygnał będący echem wysłanej fali, to uznaje, że w zasięgu znajduje się jakiś obiekt. Możliwe jest ustawienie maksymalnego czasu oczekiwania na echo fali a więc także zasięgu działania. Na wykrycie obiektu urządzenie reaguje załączeniem przekaźnika na pewien regulowany czas.

Taki radar najlepiej reaguje na obiekty o twardej, płaskiej powierzchni dobrze odbijającej dźwięki. Radzi sobie także z wykrywaniem obiektów o gorszych właściwościach np. ludzka dłoń. Obiekty o porowatej, miękkiej powierzchni muszą mieć nieco większe wymiary, aby zostały wykryte.

Budowa

schSchemat ideowy radaru ultradźwiękowego pokazano na rysunku 1. Tor nadawczy i odbiorczy są oddzielone, a urządzenie działa z dwoma czujnikami. Pierwszy prototyp działał z jednym czujnikiem, który pełnił funkcję nadawczo-odbiorczą, jednak takie rozwiązanie ograniczało dolną granicę zasięgu do około 30…40 cm. Radar po prostu nie wykrywał bliżej ustawionych obiektów.

W torze nadawczym zastosowano podwójny driver tranzystorów MOSFET – układ MC33152. Tranzystory MOSFET w obwodzie bramki mają dużą pojemność (do kilku nF), więc układ sterujący taką bramką musi zapewnić jak najszybsze ładowanie/rozładowanie tej pojemności, a to wymusza zapewnienie dużej stromości zboczy sygnału oraz dużych prądów przełączania (nawet do kilku A). Dzięki tym cechom driver doskonale nadaje się do sterowania przetwornikiem piezoelektrycznym, który znajduje się w ultradźwiękowym czujniku samochodowym. Ponadto, driver konwertuje amplitudę sygnałów sterujących z 5 V do 12 V, a dzięki dwóm identycznym torom jest możliwe sterowanie przetwornika w sposób mostkowy. Te rozwiązania zapewniają emisję odpowiednio silnej fali ultradźwiękowej.

W torze odbiorczym znajduje się kilka bloków formujących odebrany sygnał. Pierwszy to ogranicznik amplitudy (D2 i D3), przedwzmacniacz (IC4A), filtr aktywny (IC4B) i na końcu prostownik (D4, D5). W przeciwieństwie do przetworników ultradźwiękowych „z siatką”, popularnych np. wśród modułów dla Arduino, czujniki stosowane w motoryzacji dają dużo słabszy sygnał, dlatego tor odbiorczy jest tak rozbudowany. Na wyjściu pojawia się impuls (fala) o amplitudzie kilku woltów w chwili nadawania w torze nadawczym oraz niewielki impuls o amplitudzie poniżej wolta w momencie odebrania odbitego echa. Sygnał trafia do przetwornika A/C wbudowanego w mikrokontroler, a wtedy program sterujący wyszukuje impuls (falę) o odpowiedniej szybkości narastania.

Pozostałe elementy urządzenia można podzielić na blok zasilania (IC1, C2), blok wykonawczy (T2, REL1), oraz blok sterujący z mikrokontrolerem IC3 i programem zawartym w jego pamięci.

Montaż i uruchomienie

pcbPłytka urządzenia została zaprojektowana do montażu przewlekanego. Komponenty należy montować zgodnie z ogólnymi zasadami – jej schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Zasilanie należy dołączyć do zacisków POW_AC (napięcie zmienne) lub POW_DC (napięcie stałe, zacisk „V” – plus, zacisk „G” – minus). Zaciski OUT_NO oraz OUT_NC to wyprowadzenia styków przekaźnika normalnie otwartych i normalnie zwartych. To złącza TX należy dołączyć jeden przetwornik ultradźwiękowy, który będzie pełnił funkcję nadajnika, a do złącza RX drugi przetwornik ultradźwiękowy, który będzie odbiornikiem. W przypadku odbiornika warto zachować polaryzację. Oplot przewodu to minus przetwornika – należy go dołączyć do zacisku oznaczonego „G”. Każdy czujnik samochodowy może pracować jako nadajnik lub odbiornik. Oba czujniki muszą być skierowane w tę sama stronę i ustawione w tej samej płaszczyźnie.

Na płytce znajdują się trzy potencjometry miniaturowe. Potencjometr „REG” służy do regulowania wzmocnienia toru odbiorczego, czyli w efekcie – czułości urządzenia. Podczas uruchamiania należy ustawić go w położeniu środkowym. Ustawienie zbyt dużego wzmocnienia spowoduje wzbudzenie toru odbiorczego i w efekcie brak reakcji urządzenia. Potencjometr „TIME” służy do regulowania czasu załączania wyjścia, A „RANGE” do regulacji zasięgu działania. Dioda LED D7 miga co jakiś czas sygnalizując aktywność urządzenia oraz po każdym wykryciu obiektu. Dioda D8 odzwierciedla stan wyjścia. Jeśli dioda świeci, to przekaźnik jest załączony i zwarte są styki OUT_NO.

KS

Pozostałe artykuły

Stacjonarny odtwarzacz audio Media PI

Numer: Sierpień/2016

W artykule przedstawiono stacjonarny odtwarzacz plików audio oparty o Raspberry PI. Podstawowym założeniem przy projektowaniu układu była prostota użytkowania i całkowita samodzielność urządzenia. Dzięki zastosowaniu dystrybucji Openelec, uruchomienie odtwarzacza sprowadza się do zainstalowania obrazu systemu na karcie SD. Rekomendacje: estetyczny, funkcjonalny odtwarzacz audio, który może uatrakcyjnić niejeden ? zwłaszcza starszy ...

Sterownik z modułem komunikacyjnym GSM

Numer: Sierpień/2016

Nieskomplikowane w obsłudze urządzenie, którym można sterować wysyłając wiadomości SMS. Do dyspozycji są dwa wyjścia z możliwością załączenia czasowego oraz dwa wejścia z funkcją alarmu. Rekomendacje: urządzenie może być szczególnie przydatne w okresie wakacyjnym. Umożliwi symulowanie obecności domowników oraz może powiadamiać np. o wejściu do mieszkania.

Komputer samochodowy Mee 2.0 (2)

Numer: Sierpień/2016

W poprzedniej części omówiliśmy ważniejsze części oprogramowania, w tym obsługę wyświetlacza TFT. Najwyższy czas na opisanie budowy komputera, pokazanie schematów ideowych oraz dołączenia do instalacji samochodu i sposobu jego obsługi.

Stereofoniczna, cyfrowa linia opóźniająca

Numer: Lipiec/2016

Niegdyś linie opóźniające budowało się z zastosowaniem sprężyn i przetworników elektromechanicznych. Współcześnie do ich konstrukcji można zastosować układy cyfrowe, co daje nieporównywalnie większe możliwości. Można nie tylko opóźniać sygnał, ale również wprowadzać dodatkowe efekty akustyczne. Opisywane urządzenie to moduł linii opóźniającej, który przyda się przy tworzeniu własnych konstrukcji. Jest przy tym nieskomplikowany ...

Stabilizator z kompensacją spadku napięcia na przewodach połączeniowych

Numer: Lipiec/2016

Zasilanie urządzeń za pośrednictwem długich przewodów wiąże się z występowaniem na nich napięcia, które jest tym większy, im większa jest długość przewodów i natężenie prądu pobieranego przez odbiornik. Niekiedy ten spadek jest on na tyle duży, że odbiornik nie pracuje prawidłowo. Prezentowany stabilizator pozwala na skompensowanie tego zjawiska przez pomiar napięcia na odbiorniku i odpowiednie podwyższenie napięcia wyjściowego, ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Sierpień 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym