Návrh a analýza aplikácie ultrazvukového merača vzdialenosti
Tento článok využíva vzťah medzi vzdialenosťou a časom v ultrazvukovom prenose a používa jednočipový mikropočítač AT89C51 na riadenie a spracovanie údajov a navrhuje ultrazvukový diaľkomer, ktorý dokáže merať vzdialenosť medzi dvoma bodmi. Diaľkomer sa skladá hlavne z obvodu ultrazvukového vysielača, obvodu ultrazvukového prijímača, jednočipového riadiaceho obvodu mikropočítača, obvodu detekcie okolitej teploty a obvodu displeja. Pomocou navrhnutého ultrazvukového diaľkomeru sa testujú rôzne vzdialenosti a vykonáva sa podrobná analýza chýb.
Ultrazvukový snímač teploty mikrokontroléra na meranie vzdialenosti
S rozvojom spoločnosti majú ľudia stále vyššie požiadavky na meranie vzdialenosti či dĺžky. Ultrazvukovému meraniu je venovaná čoraz väčšia pozornosť kvôli jeho bezkontaktnému meraniu a relatívne vysokej presnosti. Ultrazvukový diaľkomer navrhnutý v tomto dokumente môže testovať rôzne vzdialenosti a vykonávať podrobnú analýzu chýb.
1. Princíp dizajnu
Ultrazvukový diaľkomer je založený na charakteristike ultrazvukových vĺn odrazených späť pri stretnutí s prekážkami. Ultrazvukový vysielač vyžaruje ultrazvukové vlny v určitom smere a spustí časovanie v rovnakom čase ako vysielanie. Ultrazvukové vlny sa šíria vzduchom a okamžite sa vracajú, keď narazia na prekážky na ceste, a ultrazvukový prijímač okamžite preruší a zastaví časovanie, keď prijme odrazenú vlnu. Nepretržitým zisťovaním ozvien odrážaných prekážkami po vyžarovaní generovaných vĺn sa meria časový rozdiel T medzi vyžarovanými ultrazvukovými vlnami a prijímanými ozvenami a potom sa vypočíta vzdialenosť L. Základný vzorec pre rozsah je: L=(△t/2)*C
Kde L - vzdialenosť, ktorá sa má merať
T - časový interval medzi prenesenou vlnou a odrazenou vlnou
C—— Rýchlosť zvuku ultrazvukových vĺn vo vzduchu, ktorá sa berie ako 340 m/s pri izbovej teplote
Po určení rýchlosti zvuku je možné L získať meraním doby obehu ultrazvukových vĺn.
2. Dizajnový cieľ ultrazvukového diaľkomeru
Meracia vzdialenosť: do 5 metrov; vzdialenosť medzi dvoma bodmi môže byť správne zobrazená pomocou LED; chyba je menšia ako 5 percent.
3. Meranie a analýza údajov
1. Meranie a analýza údajov
Kvôli obmedzeniam skutočných meracích prác bolo na meranie vybratých šesť vzdialeností 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm a 100 cm pod jedným metrom a každá vzdialenosť bola nepretržite meraná sedemkrát, aby sa získali namerané údaje (teplota: 29 stupňa), ako je uvedené v tabuľke. Z údajov v tabuľke je vidieť, že nameraná hodnota je spravidla o niekoľko centimetrov väčšia ako skutočná hodnota, ale presnosť kontinuálneho merania je pomerne vysoká.
Pre každý súbor nameraných údajov sa odstráni maximálna hodnota a minimálna hodnota a potom sa vypočíta priemerná hodnota, ktorá sa použije ako konečné namerané údaje, a nakoniec sa vykoná porovnávacia analýza. Toto spracovanie údajov má aj určitú vedeckosť a racionalitu. Z údajov v tabuľke, hoci teplotná kompenzácia bola vykonaná na ultrazvukovej vlne, je relatívna chyba relatívne veľká pri meraní relatívne krátkej vzdialenosti. Najmä pri meraní vzdialenosti 30 cm a 50 cm dosiahli relatívne chyby 5 percent a 4,8 percenta. Ale zo všetkých výsledkov meraní je chyba tohto dizajnu relatívne malá a relatívne stabilná. Slepá plocha tohto dizajnu je asi 22,6 cm, čo v podstate spĺňa požiadavky na dizajn.
2. Analýza chýb
Chyba rozsahu pochádza najmä z nasledujúcich aspektov:
(1) Medzi ultrazvukovou vysielacou a prijímacou sondou a meraným bodom je určitý uhol, ktorý priamo ovplyvňuje maximálnu hodnotu meracej vzdialenosti; (2) Intenzita ultrazvukového zvuku ozveny priamo súvisí so vzdialenosťou, ktorá sa má merať, takže skutočné meranie nie je nevyhnutne spúšťačom ozveny s prechodom cez nulu; (3) V dôsledku hrubých nástrojov má skutočná vzdialenosť merania tiež chyby. Existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú chybu merania, vrátane rušenia prostredia poľa, frekvencie impulzov časovej základne atď.
4. Analýza aplikácie
Použitie ultrazvuku na meranie vzdialenosti zeme v atmosfére je technológia, ktorá bola formálne aplikovaná až po vývoji modernej elektronickej technológie. Keďže ultrazvukové meranie je bezkontaktná detekčná technológia, nie je ovplyvnená svetlom, farbou meraného objektu atď., a môže byť použitá v náročných prostrediach. (napríklad obsahujúce prach) má určitú prispôsobivosť. Preto je mimoriadne všestranný. Napríklad: prieskum a mapovanie topografických máp, stavby domov, mostov, ciest, kopanie baní, ropných vrtov atď., pomocou ultrazvukových vĺn na meranie vzdialeností zeme sa dosahuje pomocou fotoelektrickej technológie. Výhody ultrazvukových diaľkomerov sú: náklady na prístroj sú nižšie ako náklady na svetelné vlnové diaľkomery Nízke, pracné, jednoduché na obsluhu.
Ultrazvukové diaľkomery sa používajú aj v pokročilej robotickej technológii. Ultrazvukový zdroj je inštalovaný na robote, ktorý nepretržite vysiela ultrazvukové vlny do okolia a súčasne prijíma ozveny odrážané prekážkami na určenie vlastnej polohy robota a využíva ho ako senzor na ovládanie robota. počítač a tak ďalej. Pretože ultrazvukové vlny sú ľahko smerovateľné, majú dobrú smerovosť a ľahké ovládanie intenzity, ich aplikačná hodnota bola široko oceňovaná.
Stručne povedané, z vyššie uvedenej analýzy je zrejmé, že používanie ultrazvukového určovania rozsahu má mnoho výhod v mnohých aspektoch. Preto je výskum tejto témy veľmi praktický a komerčne hodnotný.
