Jump to content

    

Ультразвуковой датчик

Здравствуйте.

 

Собрал такую вот схемку. Хочу сразу сказать что устройство работает(китайские парктроники имеют практически такую же схемотехнику). Работа устройства заключается в определении препятствия перед ультразвуковым датчиком. Препятствие есть - светодиод горит, нет препятствия - не горит. Само расстояние до препятствия мерять не требуется. Сам датчик от дешевого китайского парктроника(других просто не достать). До этого разрабатывал и собирал не сложные устройства на микроконтроллерах в которых аналоговая часть была сведена к минимуму. Сейчас впервые столкнулся на практике с ОУ, повышающими генераторами. Я облазил интернет вдоль и поперёк в поисках схем подобных устройств, но там используется отдельно излучатель и приемник и они оба открытого типа, поэтому там не нужны высокие напряжения для излучателя. Мне же нужно было разработать устройство на одном излучателе/приемнике закрытого типа.

В следствии этого прошу высказать свое мнение:

1. О схемотехнике данного устройства, на сколько я правильно разработал аналоговую часть, как ее можно упростить или доработать для более стабильной работы, так как на всем диапазоне измерения наличия припятствия(0,15м - 1,50м) есть "мертвая" зона(0,15м - 0,40м). Может это особенность датчика, недоработка программы в PICe или недоработка схемы?

2. Исследовав работу китайских парктроников, выяснил, что там контроллер в парктронике посылает на датчик импульсы частотой около 40КГц. В то время как, например, в муратовских даташитах на их датчики написано подавать импульс 0,4мс. Если этот вариант более правильный, как тогда переработать под этот вариант схему(думаю что по моей схеме включения датчика я не получу на нем прямоугольный импульс амплитудой 100В и длительностью 0,4мс)?

 

Вроде бы все. Заранее спасибо.

post-31688-1200934302_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
на всем диапазоне измерения наличия припятствия(0,15м - 1,50м) есть "мертвая" зона(0,15м - 0,40м). Может это особенность датчика, недоработка программы в PICe или недоработка схемы?

Наличие "мертвой" зоны это именно особенность датчика, физическое ограничение. Датчик это механический резонатор с определенным временем последействия. Колебания в нем не затухают мгновенно. Поэтому при малом расстоянии до препятствия отраженный импульс накладывается на хвост излучаемого.

 

Исследовав работу китайских парктроников, выяснил, что там контроллер в парктронике посылает на датчик импульсы частотой около 40КГц. В то время как, например, в муратовских даташитах на их датчики написано подавать импульс 0,4мс.

40КГц это частота механического резонанса датчика (хотя бывают и более ВЧ датчики). Поэтому возбуждать его нужно именно на этой частоте. При возбуждении подают пачку импульсов из 10-20 периодов. Это и есть те рекомендуемые 0,4мс.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Наличие "мертвой" зоны это именно особенность датчика, физическое ограничение. Датчик это механический резонатор с определенным временем последействия. Колебания в нем не затухают мгновенно. Поэтому при малом расстоянии до препятствия отраженный импульс накладывается на хвост излучаемого.

 

Я немного не точно написал. Препятствие он "видит" на расстоянии от 0,15м до 1,50м, но на расстоянии от 0,25м до 0, 40м не "видит" препятствия, то есть как-будто есть какая-то слепая зона!!! Попробую еще раз осциллографом посмотреть.

 

 

40КГц это частота механического резонанса датчика (хотя бывают и более ВЧ датчики). Поэтому возбуждать его нужно именно на этой частоте. При возбуждении подают пачку импульсов из 10-20 периодов. Это и есть те рекомендуемые 0,4мс.

 

Сначала я этому китайскому датчику подавал ровно 40КГц но не получал такой амплитуды колебаний датчика как на парктронике. Но потом оказалось, что парктроник подает ему импульсы с частотой немного большей чем 40КГц!!! Похоже амплитуда его механических колебаний находится в сильной зависимости от частоты напряжения кторое к нему прикладывается.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я немного не точно написал. Препятствие он "видит" на расстоянии от 0,15м до 1,50м, но на расстоянии от 0,25м до 0, 40м не "видит" препятствия, то есть как-будто есть какая-то слепая зона!!! Попробую еще раз осциллографом посмотреть.

Сначала я этому китайскому датчику подавал ровно 40КГц но не получал такой амплитуды колебаний датчика как на парктронике. Но потом оказалось, что парктроник подает ему импульсы с частотой немного большей чем 40КГц!!! Похоже амплитуда его механических колебаний находится в сильной зависимости от частоты напряжения кторое к нему прикладывается.

Baser ответил Вам правильно. 40КГц - стандартная резонансная для импортных излучателей. Но эта цифра имеет разброс и зависит еще от крепления излучателя. Возмите даташиты на излучатели и посмотрите разброс по резонансу.

А "мертвая" зона, скорее всего - это

1. время пока еще не кончился зондирующий импульс (плюс "звон" обусловленный добротностью излучателя)

2. запас - запрет обработки сигнала в приемнике, такой себе предохранитель для помехоустойчивости (это уже мое предположение, иногда приемник вообще запирают принудительно на время передачи).

В Вашей схеме это может быть только программно.

Эту мертвую зону можно уменьшить ( если приемник принудительно не запирают/блокируют на большее время:

- укорачивая длительность одной пачки импульсов.

- уменьшать в пределах разумного механическую добротность системы (имеется ввиду с креплением излучателя. Чем меньше добротность тем быстрее затухают автоколебания.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я немного не точно написал. Препятствие он "видит" на расстоянии от 0,15м до 1,50м, но на расстоянии от 0,25м до 0, 40м не "видит" препятствия, то есть как-будто есть какая-то слепая зона!!! Попробую еще раз осциллографом посмотреть.

Сначала я этому китайскому датчику подавал ровно 40КГц но не получал такой амплитуды колебаний датчика как на парктронике. Но потом оказалось, что парктроник подает ему импульсы с частотой немного большей чем 40КГц!!! Похоже амплитуда его механических колебаний находится в сильной зависимости от частоты напряжения кторое к нему прикладывается.

Конечно, ненагруженный резонатор, добротность высокая ,последовательный и параллельный

резонанс ,все к томуже температурно зависимо , титанат бария понимашь....

Share this post


Link to post
Share on other sites

В дополнение.

Защитная мертвая зона (имеется ввиду защита от ложного срабатывания) скорее всего вряд ли будет меньше удвоенной длительности одной пачки.

Возмите эту длительность удвойте, по скорости звука в воздухе пересчитайте на расстояние и Вы получите минимальную возможную мертвую зону.

Ее уменьшение возможно только за счет оптимизации сигнала излучения (в это входит и согласование импедансов). Надо добиваться наиболее быстрого затухания автоколебаний излучателя.

Не пробовал на воздухе, но на жидкости осцилографом хорошо видно отраженный сигнал прямо на излучателе.

Я думаю что-то можно увидеть и здесь, конечно осцилограф будет в перегрузе, но полуторную должен спокойно выдержать.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Конечно, ненагруженный резонатор, добротность высокая ,последовательный и параллельный

резонанс ,все к томуже температурно зависимо , титанат бария понимашь....

 

А как этот резонатор нагрузить :07: ?

Датчик-то с автомобильного парктроника - думаю там температурная компенсация уже есть.

 

И вот еще такой вопросик, если я по схеме R2 отключу от диодов, то на выходе ОУ есть всплески, которые появляются в момент излучения датчиком, как от них избавится? Ведь при отключенном R2 они не должны поступать на вход ОУ.

Share this post


Link to post
Share on other sites
А как этот резонатор нагрузить :07: ?

Датчик-то с автомобильного парктроника - думаю там температурная компенсация уже есть.

 

И вот еще такой вопросик, если я по схеме R2 отключу от диодов, то на выходе ОУ есть всплески, которые появляются в момент излучения датчиком, как от них избавится? Ведь при отключенном R2 они не должны поступать на вход ОУ.

Для начала среднюю точку R7 R8 нужно заземлить по переменке, через электролит а то все что

на питании усиливается раз в 500 ...

Share this post


Link to post
Share on other sites
Для начала среднюю точку R7 R8 нужно заземлить по переменке, через электролит а то все что

на питании усиливается раз в 500 ...

 

Спасибо, согласен с вами.

Дело в том что я 4 года как закончил КПРЭА и ни разу после этого не сталкивался с разработкой аналоговой техники - многое забылось. Сейчас усиленно читаю "Искусство схемотехники" Хоровица и Хилла - хочу обратно в университет.

 

Если у кого еще будут замечания, предложения - You are welcome!!!

Share this post


Link to post
Share on other sites

еще можно посоветовать поставить по 5В какой нибудь хотя бы Пи-фильтр между питанием микроконтроллера и ОУ, причем на каждый ОУ свой фильтр.

Когда-то использовали схему с резонансной цепочкой в обратной связи ОУ. Тогда максимум усиления происходит именно на частоте звона пьезопреобразователя, а все остальные частоты усиливаются гораздо меньше.

И схему возбуждения ПЭП тоже лучше пересмотреть, в этой ветке поднимался такой вопрос не раз.

Ветка в форуме по MURATAвским датчикам

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спасибо всем кто ответил на вопросы. Но у мменя появилось еще несколько. На самом деле данный измеритель расстояния является модулем в устройстве кототрое состоит самого измерителя, GSM-модуля SIM300 и PIC18 который опрашивает измеритель и через GSM-модуль общается с сервером по GPRS. Так вот тут и начинаются проблемы. Во время приема/передачи GSM-модулем на выходе LM358 появляются очень сильные помехи. Уже неделю не могу от них избавиться. Из моих попыток решить проблему и исследований причин помех пришел к следующим выводам:

 

1. На выходе стабилизатора 8В от которого питается первичка повышающего трансформатора замечаются небольшие кратковременные проседания напряжения во время приема/передачи GSM-модулем. Могут ли они через согласующий трансформатор наводить ненужные сигналы на входе ОУ которые затем усиливаются самим ОУ? Если да, то как с этим бороться?

 

2. Может ли к таким помехам привести кратковременные проседания питания самого ОУ? Если да, то как с этим бороться. Пробовал по питанию ОУ ставить П-фильтр на дросселе и конденсаторах - эффекта не дало.

 

3. Самое для меня убийственное. Провел следующий эксперимент. Отключил GSM-модуль(вытащил его из разъема), включил схему, поднес свой мобильный телефон в режиме разговора к плате - такой же результат!!!

 

 

Устройство пока собрано на макетной плате, к GSM-модулю антенка подсоединена на коротком экранированном кабеле(антенка и кабель покупные - не самопал).

Исходя из этого что нужно принять: правильную разводку платы(у меня макетка), экранирование всей платы или только области с ОУ, экранирование всего устройства(железная коробка из которой торчит GSM-антенна), усовершенствование цепей питания????

 

С нетерпением жду ответов - зарание всем спасибо!!!

Share this post


Link to post
Share on other sites

подача одиночного короткого импульса такой же типовой режим как и пачка

 

у датчика есть 2 параметра - пробивное напряжение и средняя мощность

 

многие схемы построены на разряде на датчик ёмкости заряженной до высокого до 1000 вольт напряжения

 

преимущество такого использования - короткий ударный импульс и малое время затягивания импульса тем более не нужен трансформатор который ещё вносит затягивание

Share this post


Link to post
Share on other sites

Здраваствуйте!

Ситуация следующая: Задача состоит в том, чтобы изготовить систему измерения расстояния с максимально дешевыми компонентами способными долго работать на улице. Есть датчик 400PT16P (приемо-передатчик на 40 kHz, открытого типа стоимостью 350 - 800 рублей). В основе усилителя схема приведенная на этом форуме ранее и немого измененная (добавил еще один каскад и компаратор). В результате сигнал можно словить от перпендикулярного препятствия находящегося на расстоянии 4,5 м (дальше не пробовал). Так же испробовал датчики из ардуиновского модуля hc-sr04. Выпаял их и к моему удивлению они оба (каждый в отдельности) прекрасно работают в качестве одиночного приемо-передатчика (показывают такой же результат как 400PT16P, хотя на одном выдавлена буква R, а на другом ничего нет), а стоимость у них, при таком раскладе, выходит меньше 50 рублей.

Далее: есть датчик MA40MF14-5B (приемо-передатчик на 40 kHz, герметичного типа стоимостью в моем городе 800 рублей). Данный датчик нормально, если так можно выразиться, работает в паре либо с передатчиком либо с приемником. НО когда он работает как приемник, то становить понятно, что у него очень слабая чувствительность (вероятно, из-за того что он в корпусе). Он едва видит сигнал от объекта на расстоянии 10-25см, а при использовании его в качестве приемо-передатчика, осциллограф кроме отсылаемых импульсов не видит ничего, совсем. Мной был куплен другой датчик герметичного типа от системы парктроник (примерно за 150 руб.) без идентификационных знаков, но визуально копия us40-16a, который стоит 100-150 руб в на али (я его вытащил из пластикового колпачка, который в бампере его фиксирует. И ЭТОТ датчик ведет себя так же (я его пробовал в паре, и в одиночном исполнении).

Так же провел опыт с двумя датчиками закрытого типа (MA40MF14-5B и нонеймовский от парктроника) работающих в паре. Если одним датчиком целится во второй на расстоянии 4-7мм, то со второго датчика можно снять осциллографом колебание. Об распознании отраженного от объекта сигнала нет и речи.


Трансформатор использую К4000001 (1:10 вроде). Вся схема работает от 5V. Импульсы формируются путем разряда электролитического конденсатор 25V 1000uF на трансформатор. Импульсы на ключ генерирует atmega328 в режиме PWM PhaseCorrect (время на низком уровне такое же как и на высоком, т.е. длина импульса равна скважности, если я правильно выражаюсь).

Вопрос 1: какая модель у датчика, который использовал пользователь medvedi? Он вроде как добился до 1,5 метров и если я правильно понял на датчике закрытого типа.

Вопрос 2: может ли кто-нибудь поделится опытом применения ультразвуковых приемо-передатчиков закрытого типа?

Или может есть принципиальная схема на JSN-SR04T.

Только пожалуйста не надо постить в ответ ссылки с алиэкспресса на "готовые решения". У меня от этого руки опускаются дальше что-то писать.
 

S-part.jpg

R-part.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now