Radar ultradźwiękowy

Radar ultradźwiękowy
Pobierz PDF Download icon
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.

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

Schemat 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

Płytka 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

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
sierpień 2016
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik styczeń 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio luty 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje styczeń 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna styczeń 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich styczeń 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów