Современная электроника №3/2019

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2019 ментально установлено, что, напри- мер, при комнатной температуре для воды t 2 ≈ 15…17 мкс. С пьезоэлемента BQ3 сигнал поступает на вход двух- тактного усилителя, собранного на D2.3 и D2.4. Положительные полу- волны сигнала, усиленные двухтакт- ным усилителем, через фильтр C8, R6 поступают на базу элемента D2.2 и с коллектора D2.2 на вывод 6 микрокон- троллера D1 (см. рис. 2.4). В микро- контроллере временной селектор организован следующим образом. В момент времени t 2 микроконтрол- лер начинает анализировать состо- яние вывода 6 и при наличии уров- ня лог. 0 устанавливает на выводе 2 сигнал уровня лог. 1. Время t 2 =20 мкс задаётся программно. Отсчёт времени (начало каждого цикла) идёт по фрон- ту запускающего импульса с вывода 8 микроконтроллера D1. С момента вре- мени t 2 микроконтроллер анализирует состояние вывода 6 (ждёт лог. 0) толь- ко в течение 15 мкс, т.е. можно ска- зать, открывает временны ′ е «ворота». Задержка, равная 20 мкс (см. рис. 2.5), подобрана экспериментально, учиты- вая среды, с которыми будет работать датчик (раствор глюкозы, физиологи- ческий раствор и т.д.). Длительность «ворот» определяется длительностью принимаемого сигнала, приходяще- го с излучателя через рабочую среду на приёмник. Длительность принима- емого сигнала t с (см. рис. 2.3) может составлять от 10 до 60 мкс и определя- ется рядом факторов: пьезоэлемента- ми BQ2 и BQ3, качеством их склейки в стаканах приёмника и излучателя, центровкой, коэффициентом усиле- ния транзисторов в транзисторной матрице, акустическим контактом стакана с корпусом ловушки воздуха и т.д. В момент времени t 2 , перед тем как открыть «ворота», микроконтрол- лер устанавливает вывод 2 в лог. 0. Таким образом, временны ′ е «воро- та» настроены только на полезный сигнал по жидкости: если между излу- чателем и приёмником (в рабочем зазоре) есть жидкость, то в интер- вале времени t 2 ... t 3 на входе запро- са прерывания INT0 (вывод 6 микро- контроллера) будет присутство- вать уровень лог. 0; тогда на выводе 2 микроконтроллера будет лог. 1 (см. рис. 2.6), индикатор HL1 датчи- ка будет включён, а пьезоизлучатель звука ВА1 – выключен. Если жидкости нет (воздух), то на выводе 2 микрокон- троллера будет лог. 0, индикатор HL1 детектора будет выключен, а пьезоиз- лучатель звука ВА1 – включён. Время каждого цикла T ц составляет порядка 35 мкс. Период следования запускаю- щих импульсов (время между цикла- ми) – 5 мс. Сигнал по металлу не попа- дает во временны ′ е «ворота». Времен- ной селектор реализован программно. Данная схема управления с описанным алгоритмом работает очень устой- чиво и достоверно. Элементы С4 и R4 при подаче напряжения питания +5 В осуществляют системный аппа- ратный сброс микроконтроллера (сброс происходит при подаче лог. 1 на вход 1 (RST) микроконтроллера). Питающие напряжения поступают на плату усилителя через соединитель Х5. Потребление тока по каждому каналу составляет: ● для +5 В не более 20 мА; ● для +12 В не более 10 мА; ● для − 12 В не более 10 мА. С контакта 2 соединителя Х1 напря- жение +12 В поступает на фильтр из элементов R3, C6. С контакта 3 напря- жение − 12 В поступает на фильтр из элементов R2, C5. Схема разведена на двусторонней печатной плате разме- рами 40 × 70 мм. В устройстве использованы резисто- ры типа С2-33Н, подойдут любые дру- гие с погрешностью ±5%. Конденсато- ры С1, С2, С4 – К50-35 USL; C3, С5…С7, С9 – К10-17б-Н90; С8 – К10-17а-М47. Кварцевый резонатор BQ1 11,0592 Мгц, тип корпуса HC-49S. Индикатор HL1 КИПД02Б-1К красного цвета. Микро- контроллер типа AT89C4051- 24PU. Пьезоэлемент BQ2 является состав- ной частью излучателя датчика. Как уже говорилось ранее, конструктивно излу- U 1 15 мкс 5 мс 1 мкс U 2 U 3 U 4 U 5 U 6 5 В лог . 1 t t t t t t 1 t 2 t 2 t с t Рис. 2. Осциллограммы, поясняющие работу устройства Рис. 3. Внешний вид излучателя (приёмника) Резонансный стакан Экранированный провод Пьезоэлемент Корпус 22 71 Паять Развальцевать 1 2 3 4 5 6