VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Ультразвуковой сонар для людей с ограниченным зрением
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В настоящее время наука, современные технические разработки активно внедряются в быт человека, чтобы сделать повседневную жизнь проще, комфортнее. Однако людям с ограниченными возможностями нелегко приспосабливаться к таким переменам. Пожалуй, нужно стараться сделать жизнь удобнее в первую очередь для них. Не стоит забывать, что это такие же люди, как и мы, только они воспринимают окружающий мир иначе, а наша задача – помочь им в этом. Всем ясно, что потеря зрения является для человека трагедией. Помимо того что он перестаёт воспринимать всю зрительную информацию, которую до этого получал и к которой привык в своей повседневной жизни, возникают сложности в элементарном ориентировании в пространстве. С психологической точки зрения менее трагична врождённая слепота, поскольку человек не знаком со зрительными образами, но тем не менее проблемы передвижения и ориентирования в пространстве и для этих людей являются наиболее актуальными. Существует ли какая-нибудь возможность помочь этим людям? Сегодня инженеры на базе электроники и технологий связи способны разработать суперсовременные компьютерные системы, работающие со спутниковыми системами навигации с множеством функций извещения о местоположении. Однако возникает вопрос, сможет ли подобный член общества, чаще всего не работающий, приобрести подобное устройство? Разработки простых и дешёвых устройств, помогающих людям с ограниченными возможностями по зрению, неоднократно представлялись на конференциях молодых исследователей, но до сих пор этих аппаратов нет в продаже, и они не производятся промышленными партиями. Мы решили разработать концепцию простого и надёжного помощника для людей с ограниченными возможностями по зрению, которая, возможно, заинтересует производителей и окажет значительную помощь людям, потерявшим зрение и незрячим от рождения, для ориентирования в пространстве.
Цель работы – разработка дешёвого информативного ультразвукового сонара для людей с ограниченным зрением.
Задачи исследования:
изучение теоретического материала по применению ультразвука и микропроцессорной обработке ультразвуковых сигналов с целью разработки сонарных устройств;
изучение принципов устройства и действия приборов ультразвуковой локации и ультразвуковых датчиков;
разработка схемотехники прибора и непосредственное его изготовление;
проверка возможностей прибора, его испытания, а также анализ результатов исследований.
Объект исследования – ультразвуковой сонар для людей с ограниченным зрением.
Предмет исследования - модель дешёвого информативного ультразвукового сонара для людей с ограниченным зрением.
Актуальность работы:
Ультразвуковой сонар для людей с ограниченным зрением качественно изменит жизнь инвалидов, поможет стать полноценными членами социума. Современная техника предоставляет такие возможности, однако они весьма дорогостоящие. Мы же предлагаем доступный для любого прибор.
Основная часть
Ультразвук, область его применения с точки зрения ультразвуковой локации[1-4]
Ультразвуковые волны имеют частоту выше 20000 Гц и не воспринимаются ухом человека. В настоящее время ультразвуковая техника и технология являются весьма перспективным направлением в медицине. Широкое распространение получила ультразвуковая диагностика. Звуковые волны с частотой от 500 кГц до 15 МГц проходят через ткани организма и отражаются от поверхностей разного состава и плотности, потому и используются для исследования патологических изменений, происходящих в организме. Различают два вида ультразвукового исследования: ультразвуковое просвечивание и ультразвуковая локация. При ультразвуковом просвечивании учитывается поглощаемость ультразвука различными тканями организма. Ультразвуковая локация основана на отражении ультразвука от границы между средами, которые обладают разными акустическими свойствами. Источник ультразвука издает сигнал, который, встречая препятствие, отражается от него в обратном направлении. Регистрирующий эти импульсы прибор позволяет определить форму, размеры и положение исследуемого предмета. Метод ультразвуковой локации применяется не только в медицине. Так, дельфины и киты с помощью ультразвуковых импульсов ориентируются в воде и разговаривают с другими. Летучие мыши обладают плохим зрением, а ловят свою добычу с помощью ультразвуковой локации (приложение лист I, рис. 1-2) . Приборы, основанные на этом принципе (гидролокаторы), способны измерять подземные камеры, определять дефекты в оборудовании, искать предметы. Свойства ультразвука, с точки зрения ультразвуковой локации, вполне могут лечь в технологическую основу ультразвукового сонара для ориентирования среди окружающих предметов.
Устройство приборов ультразвуковой локации [1-4]
Ультразвуковые приборы надежны, долговечны и точны. При работе много энергии уходит на отражение и принимание слабого звукового сигнала, потому требуется усиление эхо-сигнала. В качестве электроакустических вибраторов используются пьезокерамические диски или сплавы. Перед дисками устанавливается акустическое устройство. Приемник и излучатель сигналов соединены в один узел. Приборы ультразвуковой локации состоят из генератора, акустических преобразователей, передающих и принимающих импульсы, компаратора, усилителя мощности, преобразователя в напряжение временных интервалов и звукового индикатора (приложение лист II, рис. 3-4). Для питания ультразвуковых преобразователей колебательных систем используются источники электрической энергии - генераторы, обеспечивающие преобразование энергии промышленной частоты (50 Гц) или источников постоянного тока в энергию электрических колебаний ультразвуковой частоты. Перед излучением импульсы проходят через передающий акустический преобразователь. Отраженный от препятствия импульс проходит через принимающий акустический преобразователь, затем через усилитель и поступает на компаратор. Компаратор – это сравнивающее устройство, которое сопоставляет амплитуду поступившего сигнала с пороговым уровнем (напряжением). Если сигнал превышает пороговый уровень, фиксируется величина временного промежутка, которая пропорциональна расстоянию до объекта. Временной промежуток преобразовывается в напряжение и проходит через генератор звуковых колебаний. Звуковой сигнал воспринимается ухом человека, появляется информация о близости препятствия. Пороговое напряжение на компараторе выбирается такое, что амплитуда импульса от препятствия с наибольшим коэффициентом отражения ультразвуковых колебаний равна пороговому напряжению при максимально лоцируемом расстоянии.
Микропроцессорная обработка ультразвуковых сигналов
Микропроцессорная обработка в технике позволяет увеличить функции и возможности приборов. При использовании микропроцессорной электроники уменьшается количество работающих элементов, а значит, повышается надежность всей системы. Уменьшаются размеры системы и стоимость изделия, упрощается работа с механизмом. Микропроцессорная обработка ультразвуковых сигналов позволяет уменьшить погрешность измерения прибора и расширяет функциональные особенности ультразвуковых устройств. Основным преимуществом микропроцессора является обработка поступающего сигнала и сравнение его с базовым по программе, заложенной в электронный прибор. Следовательно, отпадает надобность в многочисленных электронных устройствах, перечисленных выше при обработке и анализе сигнала. Это позволяет схемотехнически построить прибор в однокристальной микросхеме с небольшим количеством согласующих элементов и значительно повысить экономические показатели прибора с точки зрения экономии энергии и стоимости прибора (приложение лист III-IV, рис. 5-8).
Устройство ультразвуковых датчиков [5-7]
Ультразвуковой датчик (приложение лист IV-V, рис. 9-10) преобразовывает электрические волны в ультразвуковые и определяет расстояние до предмета, соответствующее временному промежутку между отправкой ультразвукового импульса и получением отраженного сигнала. Преимущество устройства в сравнительно низкой цене. Широкое применение такие датчики находят, например, в парковочных системах, системах управления автомобилем для обнаружения пешеходов, препятствий и определения расстояния до них. В основе датчика – преобразователь (работает как приемник и передатчик или используют два разных преобразователя), пьезоэлектрический активный элемент и алюминиевая диафрагма (контактная поверхность прибора), которая определяет его акустические характеристики. Активный элемент, заставляет диафрагму вибрировать (излучать короткий ультразвуковой импульс в момент времени 0) (приложение лист V, рис. 11). Она в свою очередь посылает ультразвуковой импульс, который, отражаясь от препятствия, возвращается в преобразователь и создает вибрацию активного элемента. Расстояние рассчитывается исходя из времени до получения эха и скорости звука в воздухе. С него образуется электрический сигнал, то есть сенсор получает сигнал эха и выдаёт расстояние, которое кодируется длительностью электрического сигнала на выходе датчика (Echo). Следующий импульс может быть излучён только после исчезновения эха от предыдущего. Это время называется периодом цикла (cycleperiod). Рекомендованный период между импульсами должен быть не менее 50мс. Если на сигнальный пин (Trig) подаётся импульс длительностью 10 мкс, то ультразвуковой модуль будет излучать восемь пачек ультразвукового сигнала с частотой 40кГц и обнаруживать их эхо. Измеренное расстояние до объекта пропорционально ширине эха (Echo). В некоторых датчиках диафрагма отсутствует. Стандартные датчики (например, паркотронных систем) имеют частоту колебаний 40 – 250 кГц, быстроту определения сигнала около 0,1 секунды и дальность нахождения препятствия до 2,5 метров. Дальность датчиков с системой автопарковки – до 4 метров. Чем выше частота колебаний датчика, тем меньше его угол обзора. Точность измерения расстояния пропорциональна точности показателя скорости звука. Однако стоит обращать внимание на отражающую поверхность препятствия (если она низкая, то датчик может пропустить такие предметы). И в плохих погодных условиях у прибора понижается работоспособность и точность показаний. Эти параметры необходимо учитывать при разработке любых сонарных устройств.
Реализация простейших аналоговых систем прибора [8-11]
Самый простой прибор, определяющий препятствия на пути следования человека, можно схемотехнически реализовать на усилителе звука LM380N. Датчики лучше расположить на упругой поверхности (жёсткий поролон) для гашения вибрации при ходьбе. Расположить их нужно в одной плоскости и направить излучающей поверхностью вперёд. Если впереди на расстоянии более 1-1,5 метра нет препятствий, «аппарат» молчит. При приближении объекта начинает возникать акустическая обратная связь между пьезоэлектрическими звукоизлучателями, и возникает генерация. С приближением к объекту звук нарастает и изменяется тон звучания. По тону звука можно судить о степени приближения к объекту. Принципиальная схема показана на рисунке в приложении (лист V, рис. 12). Приёмным акустическим узлом (микрофоном) служит пьезоэлектрический звукоизлучатель В1. Он включён между входами микросхемы А1. Это позволяет получить наибольшую чувствительность. Конденсатор С1 служит для увеличения положительной обратной связи в режиме работы усилителя ближе к самовозбуждению. На выходе включён другой такой же пьезоэлектрический звукоизлучатель В2. Питается локатор от источника постоянного тока напряжением 9 -12V. Пьезоэлектрические звукоизлучатели типа 3П-22 или любые другие без встроенных генераторов. При испытаниях изготовленного устройства выявилась существенная отрицательная особенность - малый радиус действия прибора. Определение препятствий происходит на расстоянии около 1 метра и менее, что является неприемлемым для рабочего варианта прибора. Более чувствительный, но и более сложный вариант можно изготовить с применением всех основных блоков локатора и использованием излучающего и приёмного светодиодов. Особенность рабочего варианта прибора - его узкая направленность определения препятствий. Вариантная схема состоит из (приложение лист VI, рис. 13): таймера VD1 на микросхеме NE555 – аналог КР1006ВИ1 с излучающим светодиодом HL1; приёмного фотодиода HL2 с операционным усилителем и детектором; трёх компараторов. Операционный усилитель и компараторы собраны на микросхеме типа LM324 – аналог К1401УД2, в состав которой входит четыре операционных усилителя. Выходная звуковая сигнализация собрана на таймере VD3 LN555 и звуковом элементе Z1. Для стабилизации питания схемы использован микросхемный стабилизатор и конденсатор С5. Таймер VD1 генерирует последовательность прямоугольных импульсов, частота которых определяется цепочкой R1, R2, C1 и равна в данной схеме 120 Гц. Инфракрасный светодиод HL1 постоянно излучает эти импульсы. Инфракрасный луч, попадая на препятствия, отражается от них и попадает в приемный фотодиод HL2. С фотодиода HL2 сигнал поступает на операционный усилитель, собранный на ¼ микросхемы VD2. Усиленный сигнал детектируется диодами D1-2 и поступает на компаратор, собранный на трёх оставшихся операционных усилителях микросхемы. Напряжение на входах компараторов прямо пропорционально расстоянию до препятствия. Делитель напряжения, собранный на резисторах R7–R10, определяет порог срабатывания компараторов. Каждый компаратор включает свой светодиод в зависимости от величины напряжения, поступающего с детектора. Через диоды D3–D5 и резисторы R12–R14 сигнал с компараторов поступает на таймер VD3 на микросхеме NE555. К выходу 3 таймера подключен звуковой пьезоэлемент Z1 типа Зп-22. При расстоянии до препятствия 1,5 метра будут слышны редкие звуковые сигналы примерно 1-2 раза в секунду. При расстоянии до препятствия менее метра будут слышны более частые - 3-4 раза в секунду звуковые сигналы. При расстоянии до препятствия около 30 см. – более 4-х раз в секунду звуковые сигналы. Приведенные расстояния могут изменяться в зависимости от применённых в схеме типов инфракрасных элементов и свойств отражающей поверхности препятствия. Инфракрасные фото и светодиоды можно применить любые (подбирать на определённое расстояние) и монтировать в одной паре, но обязательно разделить светонепроницаемой перегородкой или трубкой. Необходимо предусмотреть защиту от солнечной засветки. Отрицательной стороной работы прибора является опять малое расстояние до определяемых препятствий. При использовании нескольких вариантов приёмных и излучающих светодиодов удалось добиться максимального расстояния до определяемых препятствий: около трёх метров.
Реализация микроконтроллерных систем прибора [12-17]
Наиболее простой и доступный способ реализации такого решения - использование микроконтроллерного конструктора Arduino. Платформа пользуется огромной популярностью во всем мире благодаря удобству и простоте языка программирования, а также открытой архитектуре и программному коду. Устройство программируется через USB без использования программаторов. Программы для Arduino пишутся на обычном C++, дополненным простыми и понятными функциями для управления вводом/выводом на контактах. Для удобства работы с Arduino существует бесплатная официальная среда программирования «Arduino IDE», работающая под Windows, Mac OS и Linux. С помощью неё загрузка новой программы в Arduino очень проста, достаточно только подключить плату к компьютеру через USB.Таким образом, Arduino - универсальный контроллер, который можно запрограммировать под какую-нибудь задачу и превратить в законченное электронное устройство, в том числе и ультразвуковой локатор. С помощью аппаратной платформы Arduino и ультразвукового датчика HC-SRO4 проводилось начальное моделирование процесса работы прибора. Была разработана простая программа, исходный код которой и реализованная функция выдачи расстояния до объекта представлены в приложении (лист VI-VII, рис. 15-16). Макетная сборка устройства представлена на рисунке в приложении (лист VI, рис. 14). С помощью макета была отработана программа и определены оптимальные характеристики работы датчика. Для изготовления конечного варианта прибора были использованы влагозащитные и надёжные ультразвуковые датчики от систем автомобильных паркотроников. По своим характеристикам они аналогичны HC-SRO4, а по избирательной чувствительности к отражённому сигналу несколько превосходят испытанный образец (лист VII- VIII, рис. 17-18). Эти ультразвуковые датчики имеют ряд особенностей, определяющих область применения данного устройства. Среди них: выраженная направленность сигналов, небольшая дальность действия, невысокая скорость распространения волн. Основными техническими характеристиками ультразвукового датчика являются дальность обнаружения препятствия, частота сигнала, быстродействие (скорость определения препятствия). Современные парковочные датчики имеют дальность обнаружения до 2,5 м, частоту сигнала 40 кГц и быстродействие порядка 0,1 с. Ультразвуковые датчики в системе автоматической парковки, системе помощи при перестроении имеют дальность действия до 4,5 м. Производители не указывают значение такого важного показателя как угол обзора. В ультразвуковом датчике угол обзора определяется частотой импульсов, а также размером и формой преобразователя. При этом чем выше частота импульса, тем уже угол обзора датчика. Ультразвуковой датчик с частотой импульсов 40 кГц имеет достаточно большой угол обзора. Фокусировка парковочного датчика построена таким образом, что угол обзора по горизонтали больше угла обзора по вертикали. Это позволяет избежать ненужных отражений сигнала от поверхности земли, что очень удобно при использовании в нашем устройстве. Аппаратная часть прибора состоит из четырёх основных блоков: приёмника сигнала, передатчика сигнала, блока микропроцессорной обработки сигнала и блока индикации (приложение лист VIII, рис. 19). В качестве передающе-приёмного устройства была использована гибридная схема UTR-1 (приложение лист VIII, рис. 20). Эта схема, которая позволяет реализовать, с добавлением нескольких внешних компонентов, сверхзвуковой чувствительный элемент. Обнаружение базируется на изменении амплитуды полученных ультразвуковых сигналов (40кГц). Аппаратная часть устройства построена на микроконтроллере ATtiny 13 и работает как ультразвуковой локатор (приложение лист IX, рис. 20). ATtiny 13, 8-разрядный микроконтроллер семейства AVR фирмы ATMELATtiny13, с тактовой частотой внутреннего RC генератора 4,8мГц. Реализация программного кода звуковой индикации, представлена на диаграмме приложения (лист IX, рис. 21). Конструкция прибора и размещение базовых элементов в корпусе изображена на рисунке в приложении (лист X, рис. 22). Программа прошивки микроконтроллера представлена ниже.
36 33 33 30 30 39 46 30 46 39 0d 0a 3a 31 30 30
30 37 30 30 30 30 45 43 30 36 36 32 37 43 33 39
41 43 32 39 41 35 30 36 30 43 41 43 46 36 36 32
37 43 33 39 41 33 39 0d 0a 3a 31 30 30 30 38 30
31 0d 0a 3a 30 30 30 30 30 30 30 31 46 46 0d 0a
30 30 43 32 39 41 35 46 37 46 43 35 43 46 43 33
39 38 43 32 39 38 33 33 32 37 36 36 32 37 30 41
39 35 36 37 0d 0a 3a 31 30 30 30 39 30 30 30 46
31 46 37 31 41 39 34 45 31 46 37 32 33 39 34 42
42 43 46 32 38 36 33 32 39 32 30 33 31 33 30 37
43 0d 0a 3a 31 30 30 30 41 30 30 30 32 45 33 31
33 31 32 45 33 32 33 30 33 31 33 33 32 30 36 32
37 39 32 30 34 45 36 31 37 35 36 44 32 30 0d 0a
3a 31 30 30 30 42 30 30 30 36 35 36 45 36 42 36
46 32 30 35 36 36 43 36 31 36 34 36 39 36 44 36
39 37 32 32 30 32 30 32 30 44 42 0d 0a 3a 31 30
30 30 43 30 30 30 37 36 36 43 36 31 36 34 36 39
36 44 36 39 37 32 34 30 37 32 36 31 36 34 36 39
36 46 36 34 36 35 43 30 0d 0a 3a 30 36 30 30 44
30 30 30 36 34 32 45 37 32 37 35 32 30 32 30 37
3a 30 32 30 30 30 30 30 32 30 30 30 30 46 43 0d
0a 3a 31 30 30 30 30 30 30 30 30 30 43 30 30 46
45 39 30 44 42 46 30 44 45 46 30 37 42 42 30 32
45 30 30 38 42 42 33 33 32 37 41 46 0d 0a 3a 31
30 30 30 31 30 30 30 31 31 32 37 32 32 32 37 34
32 45 33 32 30 46 43 43 30 39 41 32 30 46 45 43
30 39 41 30 41 45 30 36 32 0d 0a 3a 31 30 30 30
32 30 30 30 30 41 39 35 46 31 46 37 43 30 39 38
43 30 39 38 30 43 45 31 30 41 39 35 46 31 46 37
34 41 39 35 34 36 0d 0a 3a 31 30 30 30 33 30 30
30 39 31 46 37 42 31 39 39 32 46 45 46 32 33 39
35 30 41 39 35 46 31 46 37 31 33 39 35 31 32 33
33 41 34 0d 0a 3a 31 30 30 30 34 30 30 30 34 39
46 37 32 32 33 33 30 31 46 35 36 32 46 46 36 31
46 46 36 31 46 46 30 31 43 30 36 31 36 30 38 32
0d 0a 3a 31 30 30 30 35 30 30 30 32 30 46 45 30
38 43 30 36 34 36 30 36 30 46 46 31 41 43 30 36
44 37 46 30 46 43 30 36 35 33 30 36 44 0d 0a 3a
31 30 30 30 36 30 30 30 36 39 46 30 31 35 43 30
36 32 36 30 36 30 46 46 31 32 43 30 36 42 37 46
Проверка функциональных характеристик устройств
Функциональные характеристики прибора проверялись непосредственно по реагированию на объекты и препятствия, встречающиеся на пути следования человека. Минимальная величина предметов, определяемых как препятствие, по ширине составляет 10-12 мм, по высоте 30-40 мм. На основании исследований была построена диаграмма направленности работы датчиков и определены зоны срабатывания звукового сигнала (приложение лист X, рис. 23).
Заключение
Известно достаточно большое количество разработок ультразвуковых локаторов для людей с ограниченными возможностями по зрению. Основным недостатком этих устройств является то, что они не позволяют одновременно информировать владельца о дальности до препятствия и о направлении на него. В разработанном нами устройстве уровень направленной пеленгации достигается достаточно узкой полосой работы датчиков. Такой режим работы позволяет с высокой точностью определить само препятствие. Изменение частоты звукового сигнала, в свою очередь, с высокой точностью позволяет определить расстояние до этого препятствия. Разработанное устройство прошло испытание в реальных условиях работы. На основании анализа эффективности работы прибора можно сделать вывод о возможности его эксплуатации. Немаловажное значение имеет низкая стоимость разработанного устройства и простота его изготовления. Люди с ограниченными возможностями по зрению при использовании приборов, позволяющих хоть в какой-то мере получать информацию об окружающем пространстве, способны задействовать огромный потенциал своего мозга и быстро научиться анализу сигналов прибора, составляя в голове нечто вроде визуального представления об обстановке. В результате произведённой работы можно сделать следующие выводы:
Изучен значительный объём литературы по применению ультразвука, микропроцессорной обработке ультразвуковых сигналов, принципов устройства и действия приборов ультразвуковой локации и ультразвуковых датчиков с целью разработки сонарных устройств.
Разработан и изготовлен экспериментальный прибор, позволяющий провести первоначальные исследования.
Определены практические стороны использования разработанного аппарата и разработаны рекомендации по его использованию.
Список литературы
1.РаджБалдев, В.Раджендран, П.Паланичами, Мир физики и техники. Применения ультразвука.М., Техносфера, 2006.
2.М.В.Королев.Эхо-импульсные толщиномеры.М., Машиностроение, 1980.
3.И.П.Голямина.Ультразвук. Маленькая энциклопедия.Москва, Изд."Советская энциклопедия", 1979.
4.Л. Бергман. Ультразвук и его применение в науке и технике М.: Изд-во Иностранной литературы, 1957
5.Дж. Фрайден, Современные датчики, справочник, М., Техносфера, 2006.
6.С.И.Коновалов, А.Г.Кузьменко. Особенности импульсных режимов работы
электроакустических пьезоэлектрических преобразователей. СПб, Политехника, 2014
7.А.Д.Мансфельд, А.И.Зимнович, О.Н.Таратенкова, А.В. Шишков. Ультразвуковые методы измерения параметров движения. Сб. тр.: Ультразвуковая диагностика. - Горький: ИПФ АН СССР. 1983
8.Л. Медников.http://www.irls.narod.ru/auto/park/park01.htm. Парковочный датчик.
Радиоконструктор. 06-2010, с.35...36
9.Parkovaciultrazvukovydalkomer// Amaterske.Ультразвуковой дальномер для автомобиля.RADIO. 2010. №11.
10.A.Кашкаров. ИК-парковщик для автомобиля.:http.//www.irls.narod.ru/auto/park/park07.htm
11.Л.В.Скороговоров Парковочный локатор на LM380N. Радиоконструктор 04-2009 г. с.43.
12.http://robocraft.ru/blog/electronics/772.html. Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04.
13.http://chingachgook.net/arduino/arduino-i-ultrazvukovoj-dalnomer-hc-sr04.html. Arduino и ультразвуковой дальномер HC-SR04.
14.http://arduino-project.net/podklyuchenie-ul-trazvukovogo-dal-nomera-hc-sr04-k-arduino/. Подключение ультразвукового дальномера HC-SR04 к Arduino.
15.http://knowledge.allbest.ru Разработка системы управления ультразвуковым локатором автомобильной системы безопасности. Структурная схема микропроцессорной системы: пояснения и алгоритм функционирования, выполняющий поставленную задачу. Код и листинг программы, ее быстродействие.
16.http://habrahabr.ru/post/249409/- Изменение протокола контроллеров паркотроников.
17.Науменко, [email protected]. ИК-локатор на микроконтроллере ATtiny13. г. Калининград.
Приложение
Рис. 1. Ультразвуковые импульсы летучих мышей.
Рис. 2.Ультразвуковой аппарат-орган дельфина.
Приёмник и излучатель ультразвуковых сигналов.
Генератор электрических импульсов определённой частоты.
Усилитель обратного преобразования.
Компаратор (система сравнения сигнала).
Усилительно-преобразующее устройство (информатор).
Блок обратной связи (преобразование напряжения во временной сигнал).
Рис. 3 Структурная схема прибора ультразвуковой локации.
Рис. 4 Структурная схема прибора ультразвуковой локации определённых объектов.
Рис. 5 Структурная схема микропроцессорного ультразвукового определителя расстояния.
Рис. 6 Структурная схема микропроцессорной обработки ультразвукового сигнала.
Рис. 7 Временные диаграммы работы микропроцессорного блока управления ультразвуковыми модулями: L1, L8— расстояние от датчиков до отражающей поверхности; Uзв — скорость звука.
Рис. 8 Листинг программы микроконтроллера (измерение дальности).
Рис. 9 Ультразвуковой датчик HC-SRO4.
Напряжение питания: 5V DC.
Ток покоя: <2mA.
Эффективный угол: <15°. Диапазон измерения расстояния: 2–400 cm.
Разрешение: 0.3 cm.
Рис. 10 Диаграмма направленности и технические характеристики датчика HC-SRO4.
Рис. 11 Принцип работы датчика.
Рис. 12 Простейший аналоговый прибор с использованием усилителя звука.
Рис. 13 Вариант светодиодного локатора препятствий.
Рис. 14 Подключение датчика к микроконтроллеру Ардуино.
Рис. 15 Исходный код программы.
Рис. 16 Параметр выдачи расстояния до объекта.
Рис. 17 Ультразвуковые датчики прибора.
Рис. 18 Характеристики некоторых моделей датчиков.
Рис. 19 Структурная схема межблочных соединений прибора
Рис. 20 Приёмник и передатчик ультразвуковых колебаний UTR-1
Рис. 20 Аппаратная электронная часть прибора.
Рис. 21 Реализация программного кода звуковой сигнализации прибора.
Рис. 22 Конструкция оповещателя препятствий, для людей с ограниченным зрением.
Рис. 23 Диаграмма работы ультразвуковых датчиков в составе устройства локации.