Kako uporabiti ultrazvočne naprave za določanje razdalje. Ultrazvočno določanje razdalje je mogoče izvesti le z nekaj komponentami. Najpomembnejši je ultrazvočni element, ki mu dodamo še operacijski ojačevalnik in mikrokontroler, ta pa mora imeti na razpolago vsaj štiri vhodno/izhodne priključke, če pri tem štejemo tudi vgrajeni notranji primerjalnik – komparator.
Da bi videli, kako to resnično deluje, moramo uporabiti ultrazvočni oddajnik, ki oddaja impulz (en sam nihaj) ali pulz (več nihajev hkrati) na frekvenci 40kHz. Signal kvadratne oblike za ustvarjanje pulza, z valom, ki ima eno ali več valovnih dolžin, lahko dobimo iz mikrokontrolerja, potem pa z njim krmilimo ultrazvočni oddajnik. Ta pulz se odbije od vsakega predmeta, ki ima večjo gostoto kot zrak, zato se del oddanih impulzov vrne na sprejemnik. Čas potovanja zvoka je mogoče izmeriti in pretvoriti v razdaljo z upoštevanjem hitrosti zvoka.
Zvok za svoje širjenje potrebuje nek medij, skozi katerega lahko potuje, kot so na primer zrak, voda ali kovina. Na splošno velja, da se v gostejšem mediju zvok širi hitreje. Hitrost zvoka v zraku pa se spreminja glede na temperaturo, vlago in nadmorsko višine. Pri sobni temperaturi lahko domnevamo, da je konstantna in znaša okrog 343 m/s. To je idealna hitrost za uporabo z mikrokontrolerji za merjenje časa potovanja nekega odbitega oddanega impulza na razdaljah do nekaj metrov.
Vrsta odbojne površine ni kritična; pri 40 kHz skoraj vse površine odbijajo prihajajoč zvočni val. Priporočljivo je, da zvočni valovi padajo pravokotno na površino, saj so v tem primeru odbiti impulzi usmerjeni nazaj proti sprejemniku. Če se vpadni kot zvoka glede na površino odboja povečuje, se bo zmanjšal delež odbitega impulza, ki se bo vrnil nazaj k sprejemniku.
Ultrazvočni pretvornik deluje podobno kot piezo piskač, vendar pri veliko višji frekvenci, ki je človeško uho ne sliši. Ko skozi piezoelektrični element spustimo električni tok, da se ta deformira ali ukrivi in se potem spet vrne v svojo prvotno obliko, ko tok odstranimo. Kadar na priključke takega elementa priključimo kvadratni signal 40kHz, bo ta oddajala zvočni pulz s frekvenco 40 kHz. Ultrazvočni sprejemnik deluje na obratni način, saj s sprejetim zvokom dobimo neko izmenično napetost, vendar ima seveda ta dohodni ultrazvok veliko nižjo amplitudo.
Ultrazvočni element je lahko oddajnik, sprejemnik ali oboje v enem elementu in je lahko popolnoma nezaščiteno ali pa zaščiteno z zaprtim, vodo-neprepustnim ohišjem. V našem primeru bomo uporabili elementa za ločeno oddajanje in sprejemanje, ki sta brez posebne zaščite. Ta vrsta elementov je bolj preprosta za uporabo, saj je pri uporabi vodotesnih oddajnikov potrebna dosti višja napajalna napetost.
Slika 1 prikazuje poenostavljeno nadomestno vezavo ultrazvočne naprave. Obnaša se kot kapacitivno breme, vendar je to breme zaradi induktivne in kapacitivne komponente v vezju uglašeno na resonančno frekvenco 40 kHz.
Določanje razdalje
Microchip Technology Inc
2016_SE240_22
