Sensor por ultrasom

[sabedor]

Olá!
Estou fazendo um sensor com ultrasom, para medir o nivel de um tanque de combustvel. O transdutor usado é um que é TX e RX, que também é a prova d'agua. No entanto estou tendo muitas dificuldades em transmitir e receber pelo mesmo transdutor. Estou controlando todo o circuito com um PIC. Basicamente o que faço com o sinal de recepção, é passa-lo por uma etapa de amplificação, por um filtro e uma retificação. Gostaria de saber se alguém ja trabalhou com este tipo de transdutor e se teria um circuito que funcionasse. Seguem os únicos dados que eu tenho do transdutor:

DPU1840BIH12B-3

Max tensão rms_________________50V
Item________________Unit_______Specification
Construction___________________waterproof
Using method__________________Dual
Nominal Frequency_____Hz_______40K
S P L________________dB_______≥110(10V/10cm/sine wave)
sensitivity____________dB_______≥-78dBv/ubar
Directivity_____________________80deg
Capacitance___________pF______2200±25%@1KHz
Detectable range_______m_______0.3…4
Operating Temperature__℃_______-30….+85
Housing material________________Al(BLACK)

O modelo é muito parecido com esse:
http://www.alibaba.com/product-gs/25921 ... sonic.html

Agradeço desde já.

[MOR_AL]

Olá Sabedor!
Bem-vindo ao fórum.
Responda algumas perguntas para direcionar uma possível solução:
1 - Qual é a altura máxima e mínima da água a ser medida?
2 - Qual é o diâmetro, ou geometria do tanque?
3 - Considerando que você divida seu projeto em estágios, qual é, ou quais são a(s) sua(s) dúvida(s) específica(s).
4 - Qual é o circuito de transmissão?
5 - Qual é o circuito de recepção?
6 - Faça um fluxograma resumido da parte de transmissão e de recepção do seu firmware. Não o programa e sim um conjunto de tarefas que o programa faz.
Aguardo suas respostas para que possamos melhor te auxiliar.
MOR_AL

[sabedor]

Abaixo segue o link onde tem os circuitos e outras imagens.
http://sharex.xpg.com.br/files/27195198 ... m.rar.html

Link do amplificador utilizado - LM324
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm324-n.pdf

Link dos mosfets utilizados - IRLML 2502 e IRLML 5203
http://www.irf.com/product-info/datashe ... ml2502.pdf
http://www.irf.com/product-info/datashe ... ml5203.pdf

A altura máxima é de 60cm e a minima de 10 até 20 cm.

Como o projeto não é para um tanque específico, a geometria varia de um para outro, tendo que se recalcular a relação volume-distância para cada um. Mas no geral eles são parecidos com o da figura que esta no link.

A principal questão na qual eu estou com dificuldades, é na junção do circuito de recepção com o de transmissão, pois desejo transmitir e receber com o mesmo transdutor. Esses dois circuitos funcionam bem, porém separadamente, tenso as formas de onda parecidas com as do desenho do link.

A ideia que eu tive é de um programa bem simples. Primeiramente eu coloco o pino ENABLE para nivel 1 por 20ms para carregar o capacitor do circuito de transmissão. Após dou um pulso de cerca de 12us no pino TX1, que irá gerar uma tensão negativa no transdutor (descarregando o capacitor), sendo que logo após ponho TX1 para zero e TX2 para nivel 1 por cerca de 12us (irá gerar um pulso positivo no transdutor), assim gerando um pulso de cerca de 40kHz de -V até +V. Em seguida, ligo um timer e fico lendo um conversorAD (RX PIC), quando este detectar uma variação de subida grande, irá interpretar como uma borda de subida que irá parar o timer. Então é só calcular a distância pelo tempo do timer.

[MOR_AL]

Bom.
Vamos por partes:
1) Para esta distância não é preciso um transdutor “parrudo”.
2) Você tem que saber qual é a velocidade de propagação do ultrasom (US) no meio (C). Água, óleo metais etc.
3) O comprimento de onda lambda (L) do ultrasom é dado por L (m) = C(m/s) / f(Hz). Para água, C = 1500m/s e se f = 40kHz, L = 0,0375m, ou 3,75cm. Meio ciclo dá 1,875cm. Essa seria (aproximadamente) sua acurácia. Você não poderá ter maior precisão que isso, já que vai obter uma senóide amortecida, podendo discriminar o semi-ciclo da onda.
4) O circuito equivalente de um transdutor de ultrasom, com alguma precisão, é semelhante a um cristal. Um LC série, em paralelo com um outro capacitor e tudo em série com um resistor. Ou algo do gênero. O importante é que são dois circuitos sintonizados com frequências bem próximas. Um série e outro paralelo. O série apresenta baixa resistência série. É este que você deve usar. Como? Segue...
5) Vi que em seu circuito transmissor, você aplica um pulso positivo de 12us e outro negativo de 12us. Não está errado, mas talvez não seja necessário aplicar o pulso negativo. Como a carga (transdutor) é um sintonizado, ele tratará de converter o pulso quadrado positivo de 12us em diversos semi-ciclos positivos e negativos, amortecidos, de US. Certamente que com menor amplitude que no caso de dois pulsos simétricos.
6) No circuito receptor você coloca dois operacionais com ganho de 47 em cascata. Aí tem dois problemas. Primeiro. Se você observar a curva do ganho de loop aberto do LM324, em AV=40, vai ver que não chega a 10kHz. Segundo. Como o seu sinal recebido possui apenas onda em 40kHz, então seria muito mais interessante usar ganho com filtro passa banda, ou mesmo sintonizado em 40kHz. Como o nível do sinal recebido é muito baixo, então se você simplesmente amplificá-lo, vai amplificar também o ruído. Isso vai falsear suas medidas. Um circuito com transistores sintonizados poderia fornecer o ganho e a seletividade necessária.
7) Antes de querer reinventar a roda, tente uma solução com aqueles kits que já são o sensor Tx e Rx em um circuitinho. Provavelmente estão sendo vendidos a uns 3 Obamas no Ebay. Sua tarefa seria tentar impermeabilizá-los, ou fazer um acoplamento dele no fundo (exterior) do tanque.
(Isso deveria ser um 8 e fecha parenteses e não o desenho)Desculpe a observação, mas pelo que pude notar, você ainda não está em condições de fazer um projeto do jeito que você quer. Pode pegar os circuitos na internet, mas saiba que tem muito lixo e teria que conhecer um pouco mais de eletrônica para poder separar o “joio do trigo”. Se você, mesmo assim, quiser fazer do seu modo, sugiro que comece a ler sobre “Transdutor de ultrasom”, “Amplificador sintonizado”, “Filtro passa-banda”. Depois disso busque na net “Ultrasom circuito”. Aí você poderá discriminá-los e optar pelo mais apropriado para o seu uso.
Espero ter ajudado.
MOR_AL

[EDSONCAN]

Muda seu tx para um MAX232;
Muda o LM324 para um TL084;
Seu circuito receptor não terá um boa performance, aconselho a pensar em ganho variável em função do tempo de retorno.
Eu uso o próprio operacional como filtro e sempre um comparador na saída acho que fica mais eficiente.

Edson