¿Por qué el módulo ultrasónico envía 8 ciclos? y, ¿por qué el pulso de disparo es de 10us?

este es el funcionamiento del módulo ultrasónico HC-sr04:

Se muestra el diagrama de tiempo de HC-SR04. Para iniciar la medición, Trig de SR04 debe recibir un pulso alto (5 V) durante al menos 10 us, esto iniciará, el sensor transmitirá 8 ciclos de ráfaga ultrasónica a 40 kHz y esperará la ráfaga ultrasónica reflejada. Cuando el sensor detecte ultrasonidos del receptor, configurará el pin Echo en alto (5 V) y lo retrasará durante un período (ancho) proporcional a la distancia. Para obtener la distancia, mida el ancho (Ton) del pasador Echo.

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¿El número de 8 ciclos está relacionado con el microcontrolador del módulo, creo que pero por qué?

no olvide la segunda pregunta, ¿por qué el disparador es 10us?

¿O tal vez 8 nosotros según su título?

Respuestas (3)

El receptor y el transmisor están sintonizados mecánicamente a la frecuencia, por lo que tomará algunos ciclos para que la amplitud suene al máximo (el transmisor sonará en amplitud a medida que lo conduce, y el receptor necesita "escuchar" un número de ciclos antes de que alcance su máximo rendimiento, por lo que es mejor que lo conduzca durante suficientes ciclos). Tampoco tiene ninguna ventaja tener una secuencia de ciclos demasiado larga.

Es por eso que el diseñador programó el microcontrolador para generar 8 ciclos en particular, en respuesta a su primera pregunta.

Lea cualquier referencia sobre sistemas de segundo orden para obtener una explicación de Q y resonancia. La frecuencia central de esta resonancia mecánica normalmente se especifica en +/- 1kHz (+/-2,5%). Aquí hay uno típico:

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Tenga en cuenta la especificación de timbre de 1,2 ms para este producto, lo que implica una Q mucho más alta. Es un tipo a prueba de agua y tiene una Q demasiado alta para obtener buenos resultados en una aplicación de alcance. Puedes encontrar más información en esta respuesta.

En respuesta a su segunda pregunta, es probable que el 10us permita que el firmware en el microcontrolador reconozca la entrada. Si no usan una interrupción, sino un bucle cerrado, puede llevar tanto tiempo atravesar el bucle, por lo que es posible que se pierda un pulso más corto algunas veces.

No hay circuito oscilatorio ni sintonizado, es accionado por una onda cuadrada de 14 V pp.
@JackCreasey Jack, no creo que hayas entendido mi punto en absoluto. Tienen una resonancia mecánica a 40kHz. Es por eso que tienen que ser conducidos a esa frecuencia específica. El receptor sonará durante una serie de ciclos. La Q mecánica es probablemente algo así como 5. Cuando desarrollé un sistema de rango de sonar para videógrafos, este fue un efecto bastante aparente (y limitante).
Creo que si entiendo. También incluí un enlace a un sensor probable para que pueda ver la amplitud de la sensibilidad. Estaría más de acuerdo con sus comentarios si la pregunta fuera sobre el canal Rx, pero era sobre el canal Tx.
Sólo se puede recibir lo que se ha transmitido.
Correcto, pero la distorsión y la amplitud de la señal recibida (en el amplificador Rx) se ven afectadas por la Q del sensor receptor... y no por el sensor Tx.
Ambos son sistemas controlados de segundo orden y la amplitud del transductor del transmisor sonará durante varios ciclos. Tiene que ser así, la Q es alta, como puede ver en el pico de 40 kHz. De lo contrario, sería más o menos plano. Esto es material de segundo año.
Excepto por la resistencia de 600 ohmios, que amortigua el Tx Q. Cosas del primer año.
@SpehroPefhany lo siento, no puedo entender perfectamente tu explicación. Sé que el sensor ultrasónico usa un transductor piezoeléctrico que convierte la presión en carga eléctrica, así que ahora, usted dijo que el receptor necesita suficientes ciclos para funcionar, ¿cuál es la relación entre el número de ciclos y el rendimiento del sensor?
Los transductores (tanto de transmisión como de recepción) tienen una cierta Q en el circuito y no responderán a la amplitud total inmediatamente, la amplitud tanto del transmisor como del voltaje recibido aumentarán con cada ciclo durante varios ciclos. Por lo tanto, necesita más de un ciclo para obtener un rendimiento óptimo. Los antiguos transductores de rango electrostáticos SX70 funcionarían con un solo impulso, pero estos piezoeléctricos no son así. Incluso cuando están en cortocircuito , todavía suenan como un diapasón, durante varios ciclos (no tantos ciclos como un diapasón, obviamente).
@SpehroPefhany ok, ¿puedo alimentar un ciclo con un período de tiempo largo igual al período de tiempo de 8 ciclos en su lugar? Y la última pregunta, ¿puedo cambiar el número 8 por otro o cuál es el efecto de ese cambio? perdón por mis preguntas aburridas :)
El transductor responde al contenido de energía en la fundamental a 40 kHz, por lo que lo ideal sería una onda sinusoidal a 40 kHz, pero una onda cuadrada también es bastante buena. Su único pulso largo no tendrá mucha energía a 40 kHz, por lo que el eco será extremadamente débil. Sin embargo, puede usar 7 ciclos a 40 kHz o 16 ciclos a 40 kHz sin muchos cambios si solo busca el borde de ataque del eco de retorno.
@SpehroPefhany, ¿cuánta energía se necesita alimentar al piezoeléctrico para que el eco sea lo suficientemente fuerte?
Debería ser evidente, Ahmed, el diseñador eligió 8 ciclos en función de los transductores con los que estaba trabajando. Algunos tomarán más.
@SpehroPefhany Realmente te aprecio. Muchas gracias :).

El pulso de disparo es el requisito del controlador.

el número de pulsos proporcionado es el número óptimo para generar voltaje de salida en el lado del receptor.

para entender que realicé un experimento: usé dos transductores estadounidenses de 200kHz, uno como transmisor y otro como receptor a una distancia de 40 mm.

Al enviar pulsos desde el transmisor, el receptor da una señal de salida que está condicionada para dar un pico como una montaña.

salida del receptor después del acondicionamiento de la señal

El pico grande es la señal principal que se transmite, el segundo pico es la señal que se refleja y detecta. Del mismo modo se detectan otros reflejos más pequeños.

Entonces, a medida que aumentamos el número de pulsos, la amplitud de la señal recibida aumenta y se satura en un punto. Después de un aumento adicional en el número de pulsos, se produce un aumento en el pico de reflexión, que no es necesario.

número de pulsos frente a voltajes pico

Por lo tanto, de este experimento llegué a la conclusión de que para 200 kHz, a 40 mm, el número óptimo de pulsos necesarios para obtener la salida máxima es 6.

De manera similar, se podría calcular el número de 8 pulsos. también algunos sensores proporcionan esta información en la hoja de datos. por ejemplo, transductores cerámicos ultrasónicos de aireingrese la descripción de la imagen aquí

Sí, el disparador de entrada está relacionado solo con el microprocesador incorporado que detecta el pulso de inicio.

Sí, los 8 ciclos de activación a 40 kHz están relacionados únicamente con la temporización del microprocesador que activa la salida.

El HRC-SR04 tiene un microprocesador que hace todo el tiempo para el envío y el cálculo de la distancia. La señal de salida en realidad es creada por un controlador RS232 (MAX232A). El controlador crea sus propios suministros +ve y -ve para controlar una línea RS232. Hay un retraso desde el disparador de entrada de 10 uS para permitir que el MAX232 estabilice su suministro de +ve y -ve (normalmente alcanza +/-7 V).
Luego, el microprocesador envía los 8 ciclos de activación al transmisor (14 V pp a través de una resistencia de 600 ohmios, por lo que no hay que esperar a que un osc alcance la amplitud.
El transmisor tiene una frecuencia de oscilación natural, pero en esta aplicación se impulsa activamente por una onda cuadrada, no hay circuito oscilador.
El emisor es impulsado por el controlador RS232 y amortiguado en gran medida (600 ohmios) cuando las señales digitales se detienen.

Un tipo hizo un gran trabajo excelente en el HC-SR04 . No estoy seguro de qué MAX232 está hablando, pero en mi experiencia, los voltajes de la unidad de salida están más cerca de 7 V en lugar de los 10 V citados. De cualquier manera, el material en su sitio web es excelente.

¿Por qué el módulo ultrasónico envía 8 ciclos? y, ¿por qué el pulso de disparo es de 10us?
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