مدار محاسبه فاصله از طریق امواج آلتراسونیک بوسیله میکروکنترلر

[Mute]

در این پروژه با نحوه بدست آوردن فاصله از طریق امواج آلتراسونیک آشنا می شوید.حداقل فاصله محاسبه شده توسط این مدار 28 سانتی متر و حداکثر آن 3.6 متر است.

[h=1]قطعات مورد نیاز[/h]

1. 2 عدد سنسور آلتراسونیک گیرنده و فرستنده
2. 1 عدد آیسی LM833
3. 1 عدد آیسی LM358
4. 1 عدد آیسی 4011
5. 1 عدد آیسی 4069
6. 1 عدد آیسی PIC 16F873
7. 1 عدد رگولاتور 7805
8. 1 عدد رگولاتور 7809
9. 3 عدد ترانزیستور 2SA1015
10. 3 عدد ترانزیستور 2S1815
11. 3 عدد 7SEGMENT آند مشترک
12. 1 عدد کریستال 4MHz
13. 2 عدد خازن)22P
14. 7 عدد مقاومت 330 اهم
15. 1 عدد پتا نسیو متر 1 کیلو اهم
16. 6 عدد مقاومت 5.6 کیلو اهم
17. 6 عدد خازن 0.1 میکرو فاراد
18. 3 عدد خازن 1000 پیکو فاراد
19. 1 عدد 100 میکرو فاراد
20. 2 عدد دیود 1SS106

[h=2]سنسور آلتراسونیک[/h]این سنسور به صورت دو pack مجزای گیرنده و فرستنده موجو د می باشد.این دو سنسور به صورت یک پک(pack) واحد نیز وجود دارد. فرکانس تولید شده توسط این سنسور 40 کیلو هرتز می باشد.به شماتیک درونی این سنسور در شکل زیر توجه کنید.

[h=2]میکروکنترلر PIC 16F873[/h]
در این مدار از ویژگی تولید امواج (A/D) آنالوگ به دیجیتال این آیسی و ههچنین از آن جهت محاسبه و درایو کردن 7segment ها جهت نمایش فاصله نیز استفاده شده است.

[h=2]LM833[/h]این آیسی جهت تقویت امواج آلتراسونیک به میزان 60 دسی بل(db) در قسمت گیرنده مورد استفاده قرار می گیرد.

[h=2]LM538[/h]این آیسی جهت آشکار سازی امواج آلتراسونیک، در این مدار مورد استفاده قرار می گیرد.

[h=2]4011[/h]امواج آلتراسونیک تقویت شده توسط دو آیسی فوق، توسط این آیسی hold یا نگهداری می شود.،و وارد میکروکنترلر می شود .،عملکرد این آیسی در این مدار به نوعی شبیه فلیپ فلاپ نوع D است.این آیسی همانطور که در شکل ملاحظه می کنید.، دارای 4 گیت NAND است.

[h=2]رگولاتور 7805[/h]این آیسی جهت تثبیت ولتاژ به میزان 5 ولت جهت مصارف قطعاتی که این حد از ولتاژ برای آنها تعریف شده مورد استفاده قرار می گیرد.

[h=2]رگولاتور 7809[/h]این آیسی نیز جهت تثبیت ولتاژ به میزان 9 ولت در مدار مورد استفاده قرار می گیرد.

[h=2]ترانزیستور 1815[/h]این ترانزیستور از نوع npn است .،در این مدار ترانزیستور 1815 جهت درایو کردن آیسی 4069 (not buffer) با تغذیه 9 ولت مورد استفاده قرار می گیرد.،فعال شدن این ترانزیستور توسط میکروکنترلر انجام می گیرد.

[h=2]ترانزیستور1015[/h]این ترانزیستور از نوع pnp است.،و بیشتر جهت درایو کردن 7segmentوled مورد استفاده قرار می گیرد.

[h=2]4069[/h]این آیسی دارای 6 عدد بافر not است.،در این مدار این آیسی جهت درایو کردن سنسور آلتراسونیک در قسمت فرستنده مورد استفاده قرار می گیرد.

[h=2]خازن[/h]خازنها در مدار جهت حذف جریان dc وعبور جریان متغییر مورد استفاده قرار می گیرد.،همچنین عمل حذف نویز را در مدار نیز انجام می دهند.خازنهای سرامیکی در فرکانسهای بالا کاربرد دارند.،خازنهای مولتی لایر نیز از نوع سرامیک هستند.با این تفاوت که تعداد لایه بیشتری دارند.و در فرکانسهای بالا عملکرد بهتری به خاطر چند لایه بودن از نوع سرامیکی دارند. خازنهای الکترولیتی بیشتر جهت حذف نویز در منابع تغذیه کاربرد دارند و دارای جهت مثبت و منفی هستند.،در هنگام اتصال آنها بر روی برد به جهت مثبت و منفی آنها دقت کنید.

[h=1]نقشه مدار[/h]در این مدار به نوع خازنها توجه کنید.سه نوع خازن مولتی لایر ، الکترولیت و سرامیکی مورد استفاده قرار گرفته است.همانطور که در نقشه ملاحظه می کنید.،این خازنها با حروف اولشان مشخص هستند.c نمایانگر خازن سرامیکی ، m نمایانگر خازن مو لتی لایر و E نمایانگر خازن الکترولیت است.

[h=1]توضیحات مدار[/h]
در زیر شکل مدار تقویت سیگنال را مشاهده می کنید.هنگامیکه امواج آلتراسونیک توسط سنسور گیرنده آلتراسونیک که در نقشه با RX مشخص شده است.،دریافت می شود.،به میزان 60 دسی بل تقویت می شو د.40 دسی بل در مرحله اول و 20 دسی بل در مرحله دوم تقویت می شو د.عمل تقویت به میزان 60 دسی بل را آیسی LM388 انجام می دهد.9 ولت ورودی توسط تقسیم ولتاژ دو مقاومت10K به میزان 4.5 ولت کاهش می یابد.،و وارد پایه مثبت آپ امپ می شود.

در زیر شکل مدار آشکار ساز را مشاهده می کنید.در این قسمت از مدار تنها نصف موج را پس از عبور از دیود خواهیم داشت.دیود دیگر منفی نصف موج حاصل شده را حذدف می کند.
dc موج و پوش آن نیز توسط خازن حذف می شود.

در قسمت بعدی مدار امواج پس از عبور از دیودها وخازن وارد پایه 3 آیسی LM358 می شود.همانطور که در شکل ملاحظه می کنید.، فیدبک در پایه منفی آپ امپ این آیسی وجود ندارد.در این حالت خروجی به سرعت به اشباع می رود.
بنابر قوانین مدار در تقسیم ولتاژ در مدارات سری ولتاژ ثابتی را در پایه منفی خواهیم داشت.زمانیکه ورودی مثبت که از قسمت قبلی مدار تحریک می شود.،ولتاژش اندکی بیشتر از VCC باشد.خروجی به سرعت در ولتاژ VCC قرار می گیرد.عکس این مطلب نیز وجود دارد.،زمانیکه ولتاژ در پایه 3 اندکی کمتر از ولتاژ در پایه 2 باشد.خروجی به سرعت صفر می شود.به شکل این قسمت از مدار در شکل زیر توجه کنید.

در این قسمت امواج وارد مرحله hold یا نگهداری می شوند.عملکرد این قسمت از مدار به نوعی شبیه به فلیپ فلاپ (flip flop) نوع D است.

قسمت انتقال امواج آلتراسونیک
در قسمت انتقال از آیسی معکوس کننده یا invertor استفاده شده است.در هر سر این سنسور دو بافر NOT به صورت موازی یا parallel با هم قرار دارند.این کار برای افزایش توان انتقال است.در پایه مثبت فاز اصلی ودر پایه منفی سنسور 180 درجه همان فاز را خواهیم داشت.خازن نیز در این قسمت جهت حذف جریان d c است.

نمایش فاصله
در این مدار از 3 عدد 7Segment جهت نمایش فاصله استفاده شده است.در این مدار 7segmentها از نوع آند مشترک هستند.
این 7segment دارای پایه مشترک مثبت است است.،که با منفی شدن پایه های a,b,c,d,e,f,g توسط میکروکنترلر فاصله را نشان می دهد.

[h=1]سرعت صوت[/h]سرعت صوت در دماهای مختلف متفاوت است.به طور مثال سرعت صوت در دمای صفر درجه سانتی گراد331.5m/s است.و سرعت صوت در دمای 40 درجه سانتی گراد355.5m/s است.سرعت صوت در دماهای مختلف از رابطه زیر تبعیت می کند.

X=V*T

با توجه به فرمول سرعت،سرعت رابطه مستقیمی با زمان دارد.به طور مثال سرعت نور در دمای صفر درجه سانتی گراد331.5m/s است.،اگر فاصله ما تا دیوار 2m باشد.با احتساب برگشت نور 4m می شود.بنابراین مدت زمان برگشت موج به سنسور گیرنده از رابطه زیر حساب می شود.

X=V*T, T=4/331.5, T=0.01206

[h=1]برنامه میکروکنترلر[/h]
[h=2]برنامه اسمبلی[/h]دانلود برنامه اسمبلی


[h=2]برنامه HEX[/h]
دانلود برنامه

برای کار با میکروکنترلر، برنامه HEX را از طریق پروگرامر میکروکنترلر های خانواده PIC در داخل میکروکنترلر LOAD کنید.

 

[s@ber]

سلام دوست عزیز
خودتون این مدارو بستین؟ آخه موضوع پایان نامه منم تقریبا همین بود. علاوه بر این مدار چند تا مدار دیگرم امتحان کردم ولی هیچکدوم جواب نمیداد آخرشم مجبور شدم 190000تومن بسلفمو یه ماژول آلتراسونیک بخرم.