Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения Дипломный проект

Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения 1

Дипломный проект 1

Разработка ультразвукового измерителя дальности 1

Руководитель: канд.техн.наук, начальник СКБ ГУАП А. М. Астапкович 1

СОДЕРЖАНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 4

1Обзор списка использованных источников 7

1.1 Исторические сведения 7

1.2 Особенности эхолокации у бабочек 10

1.3 Особенности эхолокации у летучих мышей 13

1.4 Обзор ультразвуковых систем измерения дальности 16

1.5 Использование ультразвуковых дальномеров в охранных системах 22

1.6 Обзор мобильных роботехнических систем 27

2. Специальная часть 31

2.1 Выбор прототипа 31

2.2 Выбор сетевой топологии 33

2.3 Выбор типа шины 34

2.4 Общие требования 36

3. Разработка схемы электрической принципиальной сетевого модуля измерителя дальности 37

3.1 Выбор элементной базы и разработка структурной схемы 37

3.1.1 Ультразвуковые преобразователи 37

3.1.2 Основной микроконтроллер 38

3.1.3 CAN-контроллер 40

3.1.4 Разработка структурной схемы измерителя 41

3.2 Разработка принципиальной схемы 45

3.2.1 Выходной каскад измерительной части 45

3.2.2 Предварительный усилитель приёмной части ультразвукового измерителя дальности 47

3.2.3. Разработка логической схемы измерительной части 48

3.3 Выбор элементной базы 50

3.4 Расчёт узлов модуля ультразвукового измерителя дальности 52

3.5 Принципиальная схема основного модуля ультразвукового измерителя дальности 55

4. Конструкторско-технологическая часть 57

4.1 Разработка технических условий на ультразвуковой измеритель дальности 57

4.1 Требования по устойчивости к внешним воздействиям 58

4.2 Требования к конструкции 59

4.3 Требования к надежности 59

4.4 Комплектность 59

4.5 Маркировка 60

4.6 Консервация и упаковка 60

4.7 Требования безопасности 61

4.8 Правила приемки 61

4.9 Транспортирование и хранение 61

4.10 Указания по эксплуатации 62

4.11 Гарантии изготовителя 62

4.12 Конструкция основного модуля 62

4.13 Конструкция комплекта ультразвуковых передатчика и приёмника 67

5. Экспериментальная проверка ультразвуковой системы измерения дальности 69

5.1 Макетное испытание измерителя дальности 69

Для экспериментальной проверки предложенных решений была собрана плата основного модуля и установлена в выбранный ранее корпус. На корпусе были смонтированы разъём питания, подключения линии CAN и один разъём для подключения комплекта излучатель-приёмник. Внешний вид печатной платы основного модуля приведён на рисунке 30, а собранного модуля в корпусе – на рисунке 31. 69

На плате была установлена микросхема CAN интерфейса MCP2510 и драйвер шины. Схемотехника CAN интерфейса была сделана аналогично использованной в основном измерительном модуле. Это позволило проверить работоспособность предлагаемой производителем библиотечки подпрограмм как при работе в качестве ведомого устройства, так и ведущего. 71

5.2 Разработка программного обеспечения для макетных испытаний модуля 72

5.3 Описание программных модулей для основного модуля ультразвуковой системы измерения дальности 73

5.4 Макетное испытание измерителя дальности 77

Производилось определение расстояния до различных объектов и наблюдение результата на индикаторе приёмного узла. (Рисунок 34) В качестве препятствия использовались объекты с различными коэффициентами отражения ультразвука, как, например, стекло, картон, ткань. 77

5.5 Постановка задачи для эксперимента 80

5.6 Используемое аппаратное обеспечение 81

5.7 Описание бортового контроллера робота «феникс 3» 81

5.8 Используемый радиоканал 84

5.9 Подготовка эксперимента 86

5.10 Проведение эксперимента 88

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 91

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Текст подпрограммы модуля начальной микроконтроллера ультразвукового измерителя дальности 93

Приложение Б - Текст подпрограммы модуля таймера циклических измерений программы модуля начальной микроконтроллера ультразвукового измерителя дальности 95

Приложение В - Текст подпрограммы модуля 4. Обработчик прерывания CAN 96

Приложение Г - Схема электрическая принципиальная основного модуля ультразвукового измерителя дальности 97

Приложение Д - Схема электрическая принципиальная выходного каскада ультразвукового измерителя дальности (1 канал) 99

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 100

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 101