距離計測はＰＩＴに内蔵されているタイマを利用している。このタイマは、トリガを受け取った時点でカウントを開始し、受信を感知すると停止する。このカウンタ値を読み込む事により障害物迄の距離を知ることができる。すなわち、タイマのクロック周波数は８×１０６／３２[Hz]であり、音速、カウント値より距離がもとまる。
しかしながら、音速は一定値ではなく、周囲の温度で変化するため、この方法では、ある程度の誤差は覚悟しなければならない。しかし温度による距離の誤差は非常に小さいので、ＭＩＲＳ競技に使用するには問題はないと思われる。
- 回路構成
- 図１に回路構成図を示す。図１より①から⑥のブロックの機能について説明する。
図１ 回路構成図 - ① 発振回路
- この回路は、コンデンサの放電を利用し、ゲートと組み合わせて構成した簡単な発振回路である。超音波センサ回路のメインクロックともなる重要な回路である。この回路では正確に40[kHz]の周波数を作り出すことは難しいが、40[kHz]近い周波数で安定していれば動作に支障はない。またＩＣにＣＭＯＳを使用しているので、回路自体がデリケートなこと、コンデンサの放電を利用しているので、少しの状況の変化（接触や、端子の先のＲの値）によって、発振したりしなかったりと言うこともあるが、回路周辺の設計に注意すればこの問題は解消される。中央の抵抗値によって周波数が変化するので、最初は可変抵抗で抵抗値を変化させながらオシロスコープで、周波数を調べ丁度40[kHz]の周波数を示した時、その時の可変抵抗の抵抗値にできるだけ近い値（約5.6kΩ）を持つ抵抗を付けた。
- ② ワンショット回路
- 図２にＰＬＤにプログラムされたワンショット回路構成図を示す。ワンショット回路は、６４進カウンタと制御回路で、構成されており、ＰＬＤを２つ使っている。
この回路から、トリガ一回毎に、ガードパルス、タイミングパルス、送信用ワンショットを一回づつ出力する。送信用ワンショットとＣＬＫとのＡＮＤをとって幅0.4[ms]、周波数約40[kHz]のパルスを送受信回路に出力する。ガードパルス、タイミングパルスは、比較回路の項で述べる事にする。
図２ ワンショット回路
- ③ タイマ制御部
- ＰＩＴのタイマを動かしたり、止めたりする部分である。タイマのカウントはトリガが送られてきてから、送信、又はタイマのオーバーフローが起こるまでの間行われる。この制御はＲＳフリップフロップで行い、タイマのスタート信号のＯＮ－ＯＦＦ制御をする。
ＰＩＴ内臓のタイマは、設定によりいろいろ選べるが、この回路ではオーバーフローを検出できる「Device.Watchdog」という設定を選んだ。
- ④ 比較回路
- この回路では、主にノイズの除去と回り込み波による影響の無視をおこなう。受信回路から送られてきた受信波と、基準電圧をコンパレータで比較し、基準電圧より低い電圧の信号を除去する。
また、回り込み波の除去については送信してから、一定時間基準電圧のレベルをあげることで対処する。この時間はタイミングパルスによって決められる。さらに送信開始から一定時間受信そのものを無視する方法をとり、二重の対策をとっている。
- ⑤ 基準電圧発生部
- 超音波は波の性質を持っているため、スピーカから発信された超音波が、直接マイクで受信されてしまう。このため、障害物からの距離に関係なく、同じタイミングで受信が行われることのなる。回りこみはを受信するタイミングがわかっていれば、その間だけ基準電圧を５Ｖに引き上げれば、回りこみ波による影響をコンパレータによって打ち消すことができる。この基準電圧発生部は、コンデンサの放電を利用して、タイミングパルスから基準電圧を作り出す部分である。
- ⑥ マルチプレクサ
- 搭載されている４対のセンサのうち、一度に距離計測ができるのは一対だけである。計測をおこなうときには４対の内１対を選ばなければならない。マルチプレクサは、コネクタを通じて４つの送信回路と直結しており、ＰＩＴから送られてくるセンサ選択信号により、使用する１対のセンサを選択する。センサにはそれぞれ０から３まで番号がつけられていて、センサ選択信号もそれに対応して００から１１までの２ビットの信号により成り立っている。
- 図１に回路構成図を示す。図１より①から⑥のブロックの機能について説明する。
