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超声波传感器:从模拟控制到数字控制

2023-08-17 参考资料

说到超声波传感器,想必大家已经耳熟能详了。这种频率高于20000赫兹的声波方向性极好,几乎沿直线传播,而且穿透力强。已经被广泛应用在定位、探测、焊接等方向。超声波传感器控制发展到现在,已经从集成控制向着更高频率,更低能耗和全数字化的方向发展。

此前的专用模拟集成超声波控制芯片大大简化了控制线路。但是,也正是由于模拟集成超声波控制芯片中阻容元件的存在,这也成为了模拟控制电路的固有缺陷,元件参数的精度和一致性等问题一直存在。

数字化控制兴起后,在很大程度上消除了温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点,有利于参数的整定和变参数的调节。更重要的是减少了元器件的数目、大大简化了系统中的硬件结构,对可靠性而言有了极大的提升。这样就衍生出了今天的数字超声波传感器。
数字式超声波控制芯片

数字超声波控制用高档单片机就可以实现。在声波发生器中单片机作为整个电路的主控芯片运行,配合D/A转换器和IGBT功率模块来实现脉宽调制。单片机已经基本完成了数字超声波控制。美中不足的是对于高频电路要求而言,单片机的处理速度还是会有些慢。MSP430系列,STM32系列都广泛被应用于数字超声波控制中。应对更高的需求,数字超声波传感器一般应用DSP或者FPGA。

这个系列具有互补的低压侧驱动器对,可接收和调节反射回波信号,以实现可靠的物体检测。这个功能通过一个包括低噪声放大器以及反馈到ADC的可编程时间变化增益级的模拟前端  实现。

近场和远场物体检测的数字信号处理在 DSP 内核中使用时间变化阈值完成,适用于最远距离达11米的物体检测记录事件,覆盖32到90dB的低噪声接收。在不使用时,PGA460还可以进入超低静态电流低功耗模式以降低功耗。
数字式超声波传感器
      比较具有代表性的数字式超声波传感器有开云生产的系列产品,如超声波流量计、数字式触觉传感器等。
超声波流量计

      超声波流量计是能直接输出数字流量信号的管段式超声波流量传感器,是通过测量超声波脉冲顺流传播和逆流传播的时间差来进行流量测量的。它包含一对主-从连接的超声波流量传感器以及测量管段,集成了对超声波传播的时间差信号进行运算处理的电路模块,并通过串口方式输出瞬时流量、总流量以及水流状态等数字式信息。主要应用于家庭智能水管理系统、滴漏检测、智能灌溉系统等。产品特点包括:特种工程塑料一体成型管体,强度高,一致性好;测量精度高达2%,不受介质的粘度、导电性影响;量程比最高可达160;内部传感器通过国家饮用水卫生等级GBT17219标准认证;数字信号输出,M-BUS协议通信等。
数字式触觉传感器
      触觉传感器是一种操作交互传感器。只需要手指稍微用力,对它进行触碰或者按压,即可唤醒提前在设备中设置的功能、场景或者APP(应用程序)。可根据用户的需求,对短时间按压、长时间按压定制不同的手势及唤醒的功能或者APP 。产品特点包括:压力识别敏感度高;软件自定义触控方式;自发电荷可逆,功耗低;SMT装配工艺,易于安装。

从目前市面上数字超声波传感器来看,高档单片机应用最广,DSP更适合取样速率较低,软件更复杂的场合,而FPGA则更适合系统取样速率需求高,条件操作少的应用。

来源:电子发烧友网(有删改)
来源网址:https://mp.weixin.qq.com/s/2EDwfnTh-j-b6EYKS4oX0g

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