Dizajn ultrazvučnog daljinomjera i analiza primjene
Ovaj rad koristi odnos između udaljenosti i vremena u ultrazvučnom prijenosu, i koristi AT89C51 jednočip mikroračunar za kontrolu i obradu podataka, te dizajnira ultrazvučni daljinomjer koji može mjeriti udaljenost između dvije točke. Daljinomjer se uglavnom sastoji od kruga ultrazvučnog predajnika, kruga ultrazvučnog prijemnika, upravljačkog kruga mikroračunara s jednim čipom, kruga za detekciju ambijentalne temperature i kruga za prikaz. Korištenjem dizajniranog ultrazvučnog daljinomjera testiraju se različite udaljenosti i vrši se detaljna analiza greške.
Ultrazvučni senzor temperature mikrokontrolera za mjerenje udaljenosti
Sa razvojem društva, ljudi imaju sve veće zahtjeve za mjerenjem udaljenosti ili dužine. Ultrazvučnom rasponu se posvećuje sve više pažnje zbog njegovog beskontaktnog mjerenja i relativno visoke preciznosti. Ultrazvučni daljinomjer dizajniran u ovom radu može testirati različite udaljenosti i izvršiti detaljnu analizu grešaka.
1. Princip dizajna
Ultrazvučni daljinomjer je zasnovan na karakteristikama ultrazvučnih talasa koji se reflektuju nazad kada naiđu na prepreke. Ultrazvučni odašiljač emituje ultrazvučne talase u određenom pravcu i počinje da meri vreme u isto vreme kada i emisija. Ultrazvučni talasi se šire u vazduhu i vraćaju se odmah kada naiđu na prepreke na putu, a ultrazvučni prijemnik odmah prekida i zaustavlja merenje vremena kada primi reflektovani talas. Kontinuiranim otkrivanjem odjeka koji se odbijaju od prepreka nakon što se generirani valovi emituju, mjeri se vremenska razlika T između emitovanih ultrazvučnih talasa i primljenih eha, a zatim se izračunava udaljenost L. Osnovna formula za rangiranje je: L=(△t/2)*C
Gdje je L - udaljenost koja se mjeri
T - vremenski interval između emitovanog talasa i reflektovanog talasa
C——Brzina zvuka ultrazvučnih talasa u vazduhu, koja se uzima kao 340m/s na sobnoj temperaturi
Nakon što se odredi brzina zvuka, L se može dobiti mjerenjem povratnog vremena ultrazvučnih talasa.
2. Cilj dizajna ultrazvučnog daljinomjera
Mjerenje udaljenosti: unutar 5 metara; udaljenost između dvije tačke može se ispravno prikazati kroz LED; greška je manja od 5 posto.
3. Mjerenje i analiza podataka
1. Mjerenje i analiza podataka
Zbog ograničenja stvarnog rada mjerenja, za mjerenje je odabrano šest udaljenosti od 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm i 100 cm ispod jednog metra, a svaka udaljenost je mjerena sedam puta u kontinuitetu kako bi se dobili podaci mjerenja (temperatura: 29 stepena), kao što je prikazano u tabeli. Iz podataka u tabeli može se vidjeti da je izmjerena vrijednost uglavnom nekoliko centimetara veća od stvarne vrijednosti, ali je tačnost kontinuiranog mjerenja relativno visoka.
Za svaki skup mjernih podataka uklanjaju se maksimalna i minimalna vrijednost, a zatim se izračunava prosječna vrijednost koja se koristi kao konačni mjerni podatak i na kraju se vrši uporedna analiza. Ova obrada podataka takođe ima određeni stepen nauke i racionalnosti. Prema podacima u tabeli, iako je temperaturna kompenzacija izvršena na ultrazvučnom talasu, relativna greška je relativno velika u merenju relativno kratke udaljenosti. Naročito za mjerenje udaljenosti od 30 cm i 50 cm, relativne greške su dostigle 5 posto, odnosno 4,8 posto. Ali iz svih rezultata mjerenja, greška ovog dizajna je relativno mala i relativno stabilna. Slijepa površina ovog dizajna je oko 22,6 cm, što u osnovi ispunjava zahtjeve dizajna.
2. Analiza grešaka
Greška u rasponu uglavnom dolazi iz sljedećih aspekata:
(1) Postoji određeni ugao između ultrazvučne sonde za odašiljanje i prijem i merene tačke, što direktno utiče na maksimalnu vrednost merne udaljenosti; (2) Intenzitet ultrazvučnog eho zvuka je direktno povezan sa udaljenosti koja se meri, tako da stvarno merenje nije nužno okidač eha koji prelazi nulu; (3) Zbog grubih alata, stvarna mjerna udaljenost također ima greške. Postoji mnogo faktora koji utiču na grešku merenja, uključujući smetnje okoline u polju, frekvenciju impulsa sa vremenskom bazom i tako dalje.
4. Analiza aplikacije
Upotreba ultrazvuka za mjerenje udaljenosti tla u atmosferi je tehnologija koja je formalno primijenjena tek nakon razvoja moderne elektronske tehnologije. Budući da je ultrazvučno određivanje raspona tehnologija beskontaktne detekcije, na njega ne utječu svjetlost, boja mjernog objekta itd., i može se koristiti u teškim okruženjima. (kao što je sadržaj prašine) ima određenu prilagodljivost. Stoga je izuzetno svestran. Na primjer: snimanje i mapiranje topografskih karata, izgradnja kuća, mostova, cesta, kopanje rudnika, naftnih bunara, itd., korištenje ultrazvučnih valova za mjerenje udaljenosti tla postiže se fotoelektričnom tehnologijom. Prednosti ultrazvučnih daljinomera su: cena instrumenta je niža od cene daljinomera svetlosnih talasa Niska, štedljiva, jednostavna za rukovanje.
Ultrazvučni daljinomjeri se također koriste u naprednoj robotskoj tehnologiji. Na robotu je instaliran ultrazvučni izvor koji kontinuirano emituje ultrazvučne valove u okolinu i istovremeno prima odjeke reflektirane od prepreka kako bi odredio vlastiti položaj robota, te ga koristi kao senzor za kontrolu robota. kompjuter i tako dalje. Budući da su ultrazvučni valovi laki za usmjerenu emisiju, dobra usmjerenost i laka kontrola intenziteta, vrijednost njegove primjene je široko cijenjena.
Jednom riječju, iz gornje analize može se vidjeti da korištenje ultrazvučnog raspona ima mnoge prednosti u mnogim aspektima. Stoga je istraživanje ove teme vrlo praktično i komercijalno vrijedno.
