車の音響ロケーター。スキーム、説明

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車用の音響ロケーター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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逆走すると、車の運転手は道路空間の特定の領域を見ることができません。このゾーンの長さは最大 1989 メートルで、人や動物、移動を妨げる物体が入ることができます。現代の技術の成果により、指定された空間を表示し、車の進路上に物体があった場合にドライバーに通知するための特別なデバイスを作成することが可能になりました。この問題は、パルス音響位置の助けを借りて最も最適に解決されます。このような装置を構築する試みの成功例は知られている（例えば、本ＳｉｇａＸ．、ＭｉｚｕｔａｎｉＳ．「自動車エレクトロニクス入門」－Ｍ．：Ｍｉｒ、１９８９年を参照）。ただし、複雑でコストが高いため、これらのロケーターはまだ広く使用されていません。

読者に提供される音響ロケーターは、Z8 マイクロコントローラーに基づいています。シンプルでアマチュア無線家が繰り返し使うのに便利です。プログラムと設計を適切に改良することで、視覚障害者にとって不可欠な補助装置、安全装置、アマチュア漁師のためのポータブル音響測深機、非接触液面計などとして使用することができます。

ロケーターの概略図を図に示します。 1. その基盤はマイクロコントローラー (MK) Z86E0208PSC (DD1) です。

車用音響ロケーター

MK の外部タイミング回路は、周波数 1 MHz の水晶共振子 ZQ8 とコンデンサ C3 で構成されています。 C4. 超音波エミッタ BQ3 は、MK の P2 ポートのピンに直接接続されています。エミッタの入力における励起電圧の振幅は 10 V です。パルス列の持続時間は 1 ms です。超音波受信機ＢＱ１によって受信された反射信号は、トランジスタＶＴ１〜ＶＴ３で構成される３段の共振増幅器の入力に供給される。その出力から、1 V の一定成分を持つ信号が内蔵コンパレータ MK の非反転入力 (P1) に供給されます。例として 3 V の電圧が分圧器 R2.5R32 からコンパレータ (RZZ) の反転入力に供給されます。これにより、受信した干渉のレベルで有用な反射信号が確実に選択されます。基準電圧回路は、制限ダイオード VD2.7 とコンデンサ C1 によってさらに干渉から保護されています。ダイオード VD3 と VD1 は、反射信号の瞬時値を 1 と 2 V のレベルに制限します。目に見えないゾーンに障害物が存在することをドライバーに警告する可聴信号は、BQ3 圧電エミッタによって生成されます。抵抗 R0 を介して MK の P5 ポートのピンに直接接続されます。

ロケーターは、車の後退信号灯の目的から 12 ± 2.5 V の電圧で電力を供給されます。チップ DA1 は、MK の通常動作に必要な 5 V のレベルで電源電圧を安定させます。デバイスの電源回路には、コンデンサ C2、C8、C13 および抵抗 R6 で構成されるフィルタが取り付けられています。

ロケーターの動作原理は、超音波周波数のパルスのバーストの放射と、その後の障害物によって反射された信号の受信に基づいています。放射の瞬間から反射信号の受信の瞬間までの時間は、物体までの距離に正比例します。距離に応じて、ロケーターは 1 つの警告音のいずれかを生成します。距離が 1 m 未満の場合は頻繁にトーンバーストが生成され、2 ～ 2 m の場合はまれに発生します。 60m以上離れると音声信号が聞こえなくなります。反射信号の待ち時間は XNUMX ミリ秒で、その後次のパルスのバーストが放射され、プロセスが繰り返されます。

デバイスの動作は、図に示すグラフ [1] でより詳細に説明されます。 2 これには XNUMX つの頂点 - 状態が含まれます。 SEND (TRANSFER) - パルスの超音波バーストの形成。 PRESS (SUPRESSION) - 余音エミッターの抑制。 WAIT (待機) - 反射信号を待ち、COUNT (計算) - 物体までの距離を計算します。

車用音響ロケーター

グラフの円弧で示される状態間の遷移は、次の直接 (XNUMX 文字で示される) および間接 (遷移に応じて XNUMX 文字) のイベントによって引き起こされます。 t (タイマー - タイマー) - MK タイマーの動作、c (コンパレータ - コンパレータ) - MK コンパレータの動作、ws (待機 - 送信) - 反射信号の待機の終了、cs (カウント - 送信) - 物体までの距離の計算の終了、および pw (- を押す) wait) - 抑制時間のカウントダウンの終了。

電源を入れると自動的にリセットされ、SEND 状態が初期化されます。この状態の主な機能は、持続時間 1 ms のパルスの超音波バーストの形成を可能にすることです。 MK タイマーがトリガーされると、デバイスは PRESS 状態になり、受信した反射信号に応答しなくなります。この状態の継続時間はタイマー動作の回数によって決定され、使用する超音波振動子の種類に応じて変更できます。抑制時間のカウントダウンが終了すると、次のタイマー動作によりデバイスは待ち状態になります。

WAIT 状態では、ロケーターは、MC コンパレーターをトリガーする有効な反射信号の到着を待ちます。有用な信号の送信から受信までの時間を記憶し、COUNT 状態に遷移します。 WAIT 状態での時間のカウント処理は、60 ミリ秒ごとの MK タイマの動作によって同期されます。この状態が XNUMX ミリ秒経過しても MK コンパレータが動作しない場合、デバイスは再び SEND 状態に切り替わります。コンパレータが起動すると、COUNT 状態になります。

COUNT 状態では、ロケーターは 60 ミリ秒の時間間隔をカウントし続けます。そして、信号を送信してから受信するまでの予め記録された時間に基づいて、物体までの距離が計算されます。計算結果に従って、デバイスは必要な「信号停止」間隔で音声信号の発行を制御します。計算が完了すると、SEND 状態になります。さらにこの動作を繰り返すため、ロケータには小型のセラミックコンデンサや酸化物コンデンサを使用できます。コイルL1は、直径8、巻線部長さ7mmの一体型フレームに巻回されています。トリマー - 直径100、長さ2,8 mmのフェライト（12НН）。コイルには 860 ターンが含まれており、PEL ワイヤ 0,15 (インダクタンス 4.4 mH) がターンごとに巻かれています。抵抗 R2 - SP5-2 またはその他の小型マルチターントリマ。圧電セラミックサウンドエミッタ BQ2 - ЗП-22 または類似品。トランジスタVT1。 VT3 - KT3102 シリーズのいずれか。 VT2 - KT3107 シリーズのいずれか。

BQ3 超音波送信機と BQ1 受信機は同一です。著者のバージョンでは、業界で製造された Echo-2 セキュリティデバイスの超音波トランスデューサが使用されています。36 の範囲の同じ動作周波数を持つ、自作のものを含む任意の適切な圧電セラミックトランスデューサを使用することが可能です。 38kHz[2]。それらの接続には、輸入された DJK コネクタが使用されます (DJK-2MR ソケットがボードに取り付けられ、接続ケーブルには DJK-2F プラグが付属します)。

コード「ファームウェア」ROM MK を表に示します。プログラムコードの量は 242 バイトです。

（クリックして拡大）

構造的には、ロケーターは電子ユニットと、同じ設計のエミッターとレシーバーで構成されます。 3.

車用音響ロケーター

ボードは、JSC「ノヴゴロド機械製造工場」によって製造されたラジオデザイナー「コミュニケーションデバイス」のプラスチックケースに入れられています。組み立てられたロケーターの外観を図に示します。 4.

車用音響ロケーター

超音波受信機に対する発信機の音響効果を軽減するために、超音波受信機の音響経路はホーンの形で作られています。さらに、ホーンは、トランスデューサの比較的高いインピーダンスと、かなり低い負荷インピーダンス、つまり空気とを整合させます (3)。最も効果的な指数関数的ホーン、法則に従って変化する断面積S \u0d S0em、ここでSはトランスデューサーから距離xでのホーンの断面積です、S0はホーン入口の面積（x \u35d 0,17）、つまりトランスデューサーの表面積、mはホーンの膨張係数であり、動作周波数に依存します（ 1 kHz の場合、m = XNUMX mm-XNUMX)。

家庭で最も簡単な方法は、断面が円の形をしたホーンを作ることです。円の面積が πD2/4 であることがわかっているので、トランスデューサーからさまざまな距離 x で上記の式を使用してホーンの直径を計算します (x は 15...20 mm に制限できます)。次に、得られた値に従って、ホーンの長手方向のプロファイルが紙に描かれ、テンプレートが厚いボール紙またはブリキで作られます。ホーン自体は、この硬質フォームテンプレートを使用して作られています。完成したホーンの表面は、より良い音響特性を与えるために塗料でコーティングされます。大気の影響から保護するために、ホーンは車のリアバンパーに取り付けるためのブラケットを備えた保護カバー内に配置されています。プラスチック製の配線ボックスをケーシングとして使用すると便利です。ブラケットは鋼板から作られています。ケーシングとホーンの間の隙間はエポキシ樹脂で埋められ、構造全体は耐候性合成エナメルで何層にも覆われています。

デバイスの確立は、信頼性の高い接続と短絡の有無を確認することから始まります。 MKを取り付ける前に、電圧安定器と超音波信号増幅器の動作を確認することをお勧めします。これを行うには、電源を接続し、MK パネルのピン 5 の電圧を測定します。 5 ± 0.3 V 以内である必要があります。次に、MK パネルの端子 9 の定電圧 (2.5 V ± 10%) を測定します。出力に電圧計を接続します。 10. トリミング抵抗 R2 を使用して、電圧を最初の電圧より 0.2 ... 0.3 V 高く設定します。さらに、オシロスコープの入力をMKパネルの端子9に接続し、周波数37kHz、振幅3mVの正弦波信号をアンプの入力に印加すると、振幅4.5Vの信号が観測されます。 L1 コイルのインダクタンスを調整することにより、指定した周波数で最大のゲインが得られます。

その後、電源をオフにして、事前にプログラムされた MC がパネルに取り付けられ、デバイスがエミッターとレシーバーに接続されます。電源を入れてもデバイスが動作しない場合は、オシロスコープの入力 (入力抵抗が少なくとも 10 MΩ) を DD2 マイクロ回路の XTAL6 端子 (ピン 1) に接続し、MK クロックジェネレーターが励磁されているかどうかを確認します。周波数 8 MHz の正弦波形の発振がないことは、発電機が自励式ではないことを示しています。この場合、水晶振動子 ZQ1 とコンデンサ C3 および C4 をチェックする必要があります。

車に取り付ける場合、ロケーターは車室内に配置され、超音波トランスデューサーは相互に少なくとも0.6 m離れたリアバンパーに配置されます。この距離は、変更することで 2 m に等しいロケーターの作業領域の幅を提供します。このゾーンの幅を調整することもできます。

文学

Gladshtein M. 私たちはマイクロコントローラーでデバイスを設計しています。 - ラジオ。 2000. No. 11. p. 25:No.26.p. 12-18。
超音波トランスデューサー。エド。菊池英二- M: 平和。 1972年。
バーグマン L. 超音波と科学と技術におけるその応用。 - M.: 外国文学、1956 年。

著者: M.Gladstein、M.Sharov

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