Analog ultraljud Range Finder (3 / 9 steg)

Steg 3: Granska scheman att bli bekant med avståndsmätare design

Sändaren Design

Ultraljud sändaren är en enkel 555 astable oscillator krets med en frekvens på 40KHz och en nära 50% (dvs fyrkantsvåg output). Jag använde krets topologi rekommenderas i databladet för en astable oscillator. Meningslöst "återuppfinna hjulet" när en perfekt bra krets tillhandahålls av tillverkaren.

Oscillatorn är påslagen och off via gemensamma collector Q1 som är ansluten till 555 återställa PIN-koden. En aktiv high på basen av Q1 ger 555 timer chip ur starta återställning och svängning. En låg spänning på Q1 drar ner 555 Återställ PIN-koden genom R2 och svängning hållplatser. Q1 isolerar styrlogik från 555 timer Återställ nuvarande och säkerställer reset spänningen kommer att falla under nominellt 500mV som anges i databladet som TE pin understiger 1V. 555 oscillatorn kräver inte styrspänningen PIN-koden (Pin 5) så det kringgås till marken via C1 som rekommenderas i databladet.

Enligt 555 IC databladet bestämma två formler svängning frekvensen och intermittensen av sändaren utdata:

Frekvens = 1 / (0.693 * (R4 + 2 * (R5 + R6)) * C2)

Duty Cycle = (R5 + R6) / (R4 + 2 * (R5 + R6))

Duty cycle ekvationen anger att för en nära 50%-utdata på/av förhållandet mellan värdet av av R4 ska vara mycket låg jämfört med det kombinerade värdet av R5 och R6. Men eftersom ansvarsfrihet PIN-koden kommer att gå lågt utsläpp C2 kan inte värdet av R4 vara så låg att orsaken till 555 IC att överskrida sin maximala förmåga skingra. Databladet ger viss vägledning på rekommenderade ansvarsfrihet pin mättnad nuvarande (mellan 4.5mA och 15mA). En ansvarsfrihet mättnad ström av 5mA valdes så att en gemensam 1K motstånd kunde användas för R4 (dvs 5V/5mA = 1K ohm).

I denna krets konfiguration är det mesta som intermittensen kan praktiskt taget vara omkring 49%, så att värdet används som utgångspunkt för att fastställa värdet av R5 och R6.

Ordna om Duty Cycle ekvationen att lösa för kombinationen av R5 och R6 resultat i:

R5 + R6 = R4 / ((1 / DutyCycle)-2).

Märka i ovanstående ekvation att nämnaren resulterar i en singularitet vid 50% intermittens.

Ersätta de kända värdena: Duty Cycle = 0,49, R4 = 1000 ohm

R5 + R6 = 1000 / ((1 / 0.49)-2) = 24.500 ohm

Nu för att kontrollera om ovanstående motståndet kan användas med standard kondensator värdet.

Ordna om frekvens ekvationen att lösa C2 resultat i:

C2 = 1 / (F * 1.386 * (R5 + R6))

Ersätta de kända värdena: F = 40.000 Hz, R5 + R6 = 24.500 ohm

C2 = 1 / (40000 * 1.386 * 24500) = 736pF

Jag föredrar att använda de vanligaste disk kondensator värdena för att undvika potentiellt höga kostnader och leverera frågor, så för den här designen jag avrundat uppåt till .001uF (aka 1000pF).

Nu när ett lämpligt värde har valts för C2, resulterar ordna om frekvens ekvationen för att justera värdet av R5 + R6 i:

R5 + R6 = 1 / (F * 1.386 * C2)

Ersätta de kända värdena: F = 40.000 KHz, C2 =.000000001 Farads

R5 + R6 = 1 / (40000 * 1.386 *.000000001) = 18,038 ohm

Jag försöker vanligtvis väljer en kombination av värden för R5 och R6 så att målet frekvensen erhålls när R6 justeras nära dess mittpunkt. Detta ger gott om utrymme för att justera oscillator frekvensen upp eller ned efter behov. Så valde jag en 12K ohms motstånd för R5 och en 10K trimmer för R6. Genom att justera R6 till runt 6 K ohm, önskat 18K ohm uppnås med gott om utrymme att justera för en nära exakt 40KHz.

Nu när lämpliga värden för R5, R6 och C2 har valts, kan standard månadskapacitet på ekvationen användas att kontrollera önskad intermittensen är nära 50%:

Duty Cycle = (12000 ohm + 6000 ohm) / (1000 ohm + 2 * (12000 ohm + 6000 ohm)) = 48,6%

Nästan perfekt! Det sista steget är att lägga till en drivrutin till 555 IC-utgången.

555 IC databladet anger att utdata PIN-koden (Pin 3) kan källa och sjunka 200mA för nuvarande, men inte på den nominella Vcc tillämpas på chipet. För att få den högsta spänning swing möjligt över sändare XT1, jag använde en gemensam emitter Q2 parallellt. När 555 IC produktionen är låg, drivs XT1 nära Vcc genom R7. När 555 IC produktionen är hög, Q2 shuntar XT1 kör det är spänningen till nära noll. R7 begränsar Vcc shunten ström genom Q2 till 5mA samtidigt skydda XT1 från överdriven laddström. R3 valdes för att säkerställa att Q2 fullt mättade fettsyror när den 555 IC utgångsstiftet går hög. Sändaren XT1 beter sig som en parallell LC resonant gå runt inställd på 40KHz med Q av runt 40. Därför Q2 serverar ett annat viktigt syfte: dämpning XT1 så att utgången ultraljud skär bort inom 1ms efter 555 IC är inaktiverad.