Измерительная техника
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Ультразвуковой дальномер HC-SR04 без микроконтроллера часть 2Распечатать: Ультразвуковой дальномер HC-SR04 без микроконтроллера часть 2

Ультразвуковой дальномер HC-SR04 без микроконтроллера часть 2



Часть 2. Аналоговая "линейка"

Если судить по рекламе в Интернете, основное назначение ультразвукового дальномера HC-SR04 - измерение расстояния от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Для этой цели его традиционно применяют совместно с микроконтроллером или с платами семейства Arduino, которые и выполняют все процедуры по вычислению расстояния и выводу этой информации на индикатор, как правило, цифровой. Но можно обойтись без микроконтроллера и цифрового индикатора, применив всего одну цифровую микросхему, а в качестве индикатора - стрелочный прибор (микроамперметр). В итоге получится аналоговая "линейка", которая хоть и позволяет измерять расстояние до 2 м довольно точно, но, конечно, не так удобна, как, например, лазерный дальномер. Однако её можно применить в различных устройствах бытового назначения или в кружках радиотехнического творчества для обучения начинающих радиолюбителей.

Схема "линейки" или измерителя расстояния показана на рис. 10. Формирователь запускающих импульсов здесь выполнен иначе, чем в устройствах на рис. 3 и рис. 7. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор импульсов, которые поступают на дифференцирующую RC-цепь R2C2. На её выходе формируются короткие импульсы, которые поступают на вход Trig дальномера HC-SR04, и происходит его запуск. Такой способ запуска несколько отличается от рекомендуемого, но эксперименты показали,что он достаточно надёжен.

Схема измерителя расстояния

Рис. 10. Схема измерителя расстояния

На выходе Echo дальномера HC-SR04 формируются импульсы, длительность которых зависит от расстояния до объекта, от которого отражаются УЗ-волны. Эти импульсы напрямую поступают на первый вход (вывод 13) элемента DD1.3, а на второй - через дифференцирующую RC-цепь R3C4. В результате на его выходе формируются импульсы, длительность которых ограничена постоянной времени RC-цепи R3C4. Зачем это сделано, будет сказано далее. После инвертирования импульсов элементом DD1.4 они поступают на интегрирующую RC-цепь R5R6C6, к выходу которой подключён микроамперметр PA1. Эта цепь преобразует последовательность импульсов в постоянное напряжение. Чем дальше от дальномера HC-SR04 объект, от которого отражаются УЗ-волны, тем больше длительность импульсов и тем больше напряжение на конденсаторе С6, а значит, тем больше будет отклонение стрелки микроамперметра. Поскольку длительность импульса линейно зависит от расстояния, шкала измерителя также будет линейной. Диод VD1 защищает микроамперметр от перегрузки по току.

Питается устройство от батареи напряжением 7...9 В. Это может быть батарея "Крона" (6F22) или составленная из нескольких гальванических элементов или аккумуляторов. Напряжение питания дальномера и цифровой микросхемы стабилизировано микросхемой DA1. Это необходимо для того, чтобы показания были стабильными. Светодиод HL1 служит индикатором включения устройства, потребляемый устройством ток - 6,5 мА.

Большинство деталей размещены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм, чертёж которой показан на рис. 11. Смонтированная плата показана на рис. 12. Следует отметить, что на ней установлены все детали (кроме микроамперметра, выключателя питания и батареи), показанные на схеме. В зависимости от варианта исполнения некоторые устанавливать не нужно. Применены постоянные резисторы С2-23, Р1-4, подстроечные - СП3-19, оксидные конденсаторы - К50-35 или импортные, остальные - плёночные или керамические. Диод - любой маломощный кремниевый импульсный или выпрямительный, светодиод - маломощный повышенной яркости любого свечения. Для подключения дальномера HC-SR04 можно применить гнёзда из серии PSB. Микроамперметр - с током полного отклонения 50...200 мкА. Чтобы не проводить градуировку шкалы, удобно применить соответствующий микроамперметр. Например, при максимальной дальности 1 м надо применить микроамперметр с током полного отклонения 100 мкА (рис. 13). Тогда отклонение стрелки на 1 мкА будет соответствовать изменению расстояния на 1 см. Чем больше размеры и шкала микроамперметра, тем точнее будут измерения, но тем более громоздким получится устройство. Выключатель питания может быть любого типа.

Печатная плата

Рис. 11. Печатная плата

Смонтированная плата

Рис. 12. Смонтированная плата

Смонтированная плата и измерительный прибор

Рис. 13. Смонтированная плата и измерительный прибор

Налаживание начинают с проверки устойчивого запуска дальномера HC-SR04 и градуировки шкалы микроамперметра. Для этого плату устанавливают на столе, на расстоянии около 1 м от стены, чтобы от неё отражался УЗ-сигнал. Расстояние можно измерить строительной рулеткой. Движок резистора R3 устанавливают в нижнее по схеме положение. Включают устройство и с помощью резистора R6 устанавливают стрелку примерно посередине шкалы. Показания должны быть стабильными, а стрелка не должна дрожать. Возможно, потребуется подборка конденсатора С2.

Устройство удаляют от стены на расстояние, соответствующее максимальным показаниям микроамперметра, и резистором R6 устанавливают стрелку на последнюю отметку шкалы. В зависимости от типа применённого микроамперметра, возможно, придётся подобрать резисторы R5 и R6. Затем немного увеличивают расстояние, при этом стрелка должна зашкаливать. Резистором R3 возвращают стрелку микроамперметра назад. Это достигается за счёт ограничения длительности импульсов, поступающих на интегрирующую RC-цепь R5R6C6. В результате будет ограничено постоянное напряжение, поступающее на микроамперметр, а значит, и ток через него. В заключение уменьшают расстояние до стены и проверяют точность измерения расстояния.

В качестве индикатора можно применить вольтметр постоянного тока, например, цифровой мультиметр, тогда информация будет выводиться в цифровом виде. В этом случае точность измерения расстояния повысится, но в схему надо ввести элементы и исправления, показанные цветом, а элементы VD1, PA1 и R6 исключают. Калибровку индикатора производят резистором R8. Установка резистора R7 может потребоваться, если показания должны начинаться не с нулевой отметки шкалы.

Продолжение следует

Чертежи печатных плат в формате Sprint-Layout имеются здесь.

Автор: И. Нечаев, г. Москва


Дата публикации: 24.05.2018

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics