Receptor ultrasonico para Netduino


El circuito receptor de ultrasonidos que se presenta en este post , es el encargado de recibir y amplificar la señal  enviada por el circuito de transmisión,(explicado en este blog en un post anterior)  para  ser  posteriormente procesada  por Netduino   por ejemplo para medir tiempos de demora en cruzar una distancia franqueada por dos transmisores y receptores ,medir distancias o  simplemente detectar obstáculos.

Para  realizar este propósito este circuito consta de cuatro partes:

  • Un circuito amplificador de dos etapas
  • Un rectificador  e media onda identificada como circuito de detección
  • Un detector de señal formada por un  comparador de la señal ingresada con un nivel de voltaje determinado
  • Un circuito aislador de señal.

Para el cálculo de la función de transferencia a la salida del circuito amplificador, es
factible dividir el circuito, debido a que se tiene la misma configuración tanto en la
primera como en la segunda etapa,utilizándose  ademas  el principio del cortocircuito virtual, en el que tenemos que el voltaje al terminal positivo del amplificador, es igual al voltaje del terminal negativo del amplificador.

Con estos criterios  la tensión de salida del primer Amplificador Operaconial configurado en modo inversor es :

V2 = (( Vp RC ( RD + RA )) / ( ( RB + RC ) RA )) – ( V1 RD / RA )

La señal de ultrasonido recibida por el sensor receptor es amplificada mil veces, con el amplificador operacional en dos etapas. Esto es cien veces en la primera etapa y diez veces más en la segunda.

Este circuito trabaja con una única fuente de alimentación de + 9 v. Es por esta razón que a la entrada positiva del amplificador, se tiene un partidor de tensión con la finalidad de tener un nuevo nivel de voltaje de referencia, este nuevo nivel de referencia, tiene como objetivo principal, que tanto la parte positiva, como la parte negativa de la onda recibida sean igualmente amplificadas. Cosa que no seria posible si el nivel de referencia seria de 0v por poseer este amplificador una sola fuente de alimentación.

El circuito de detección diseñado tiene como objetivo principal el rectificar la señal ultrasónica recibida mediante una rectificación de media onda, la misma que usa la barrera de diodos Shottky debido a sus buenas características de recuperación inversa.
Este voltaje rectificado será utilizado en el circuito detector de señal.

El amplificador operacional internamente tiene cientos o miles de micro factores, de tal forma que cuando la entrada positiva, se hace un poco mayor que la entrada negativa, la diferencia es cientos o miles de veces amplificada y el voltaje a la salida llega a ser la misma que la tensión suministrada. En el caso contrario, cuando la entrada positiva se hace un poco menor a la entrada negativa, la diferencia es cientos o miles de veces
amplificada y el voltaje a la salida se hace casi cero.
En este circuito, la salida del circuito de detección esta conectada con la entrada positiva
del detector de señal. Mientras que a la entrada negativa se tiene un voltaje constante,siendo este el voltaje de referencia para la comparación de señales.

Sustituyendo los valores propuestos obtenemos :

Vrf = (Rb * Vcc) / (Ra + Rb)
Vrf = (47 x 103 * 9) / (1 x 10 6 + 47 x 10 3 )
Vrf = 0.4 v Voltaje de Referencia

De esta forma, tenemos que cuando la señal ultrasónica rectificada sea mayor a 0.4 v, la
salida del detector de señal tendrá un valor máximo, aproximadamente de 9 v

Por ultimo queda el circuito aislador  de señal, el cual es el encargado de aislar el circuito receptor de la señal lógica que será enviada al microprocesador en el instante que exista un retorno de la señal ultrasónica enviada por el circuito transmisor.
Para este cometdio  se emplea un optotransistor de manera que evitemos el ingreso de ruidos que podrían alterar el correcto funcionamiento del circuito, la señal lógica enviada hacia el microprocesador es de + 5 Vcc.

A continuación el esquema eléctrico del circuito propuesto:

receptor ultrasonidos