Σχεδιασμός και Ανάλυση Εφαρμογών Υπερήχων Range Finder
Αυτό το έγγραφο χρησιμοποιεί τη σχέση μεταξύ απόστασης και χρόνου στη μετάδοση υπερήχων και χρησιμοποιεί μικροϋπολογιστή μονού τσιπ AT89C51 για έλεγχο και επεξεργασία δεδομένων και σχεδιάζει έναν υπερηχητικό αποστασιόμετρο που μπορεί να μετρήσει την απόσταση μεταξύ δύο σημείων. Ο ανιχνευτής απόστασης αποτελείται κυρίως από ένα κύκλωμα πομπού υπερήχων, ένα κύκλωμα δέκτη υπερήχων, ένα κύκλωμα ελέγχου μικροϋπολογιστή με ένα τσιπ, ένα κύκλωμα ανίχνευσης θερμοκρασίας περιβάλλοντος και ένα κύκλωμα οθόνης. Χρησιμοποιώντας το σχεδιασμένο αποστασιόμετρο υπερήχων, ελέγχονται διαφορετικές αποστάσεις και πραγματοποιείται λεπτομερής ανάλυση σφαλμάτων.
Αισθητήρας θερμοκρασίας μικροελεγκτής μέτρησης απόστασης υπερήχων
Με την ανάπτυξη της κοινωνίας, οι άνθρωποι έχουν όλο και μεγαλύτερες απαιτήσεις για μέτρηση απόστασης ή μήκους. Το εύρος υπερήχων δίνεται όλο και μεγαλύτερη προσοχή λόγω της μέτρησης χωρίς επαφή και της σχετικά υψηλής ακρίβειας. Ο ανιχνευτής απόστασης υπερήχων που σχεδιάστηκε σε αυτό το έγγραφο μπορεί να δοκιμάσει διαφορετικές αποστάσεις και να εκτελέσει λεπτομερή ανάλυση σφαλμάτων.
1. Αρχή σχεδιασμού
Το υπερηχητικό αποστασιόμετρο βασίζεται στα χαρακτηριστικά των κυμάτων υπερήχων που αντανακλώνται όταν συναντούν εμπόδια. Ο πομπός υπερήχων εκπέμπει υπερηχητικά κύματα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση και ξεκινά τον χρονισμό ταυτόχρονα με την εκπομπή. Τα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται στον αέρα και επιστρέφουν αμέσως όταν συναντούν εμπόδια στο δρόμο, και ο δέκτης υπερήχων διακόπτει αμέσως και σταματά το χρονισμό όταν λαμβάνει το ανακλώμενο κύμα. Ανιχνεύοντας συνεχώς τις ηχώ που ανακλώνται από εμπόδια μετά την εκπομπή των παραγόμενων κυμάτων, μετράται η χρονική διαφορά T μεταξύ των εκπεμπόμενων υπερηχητικών κυμάτων και των λαμβανόμενων ηχών και στη συνέχεια υπολογίζεται η απόσταση L. Ο βασικός τύπος εύρους είναι: L=(△t/2)*C
Όπου L - η απόσταση που πρέπει να μετρηθεί
T - το χρονικό διάστημα μεταξύ του μεταδιδόμενου κύματος και του ανακλώμενου κύματος
C——Η ταχύτητα του ήχου των κυμάτων υπερήχων στον αέρα, η οποία λαμβάνεται ως 340 m/s σε θερμοκρασία δωματίου
Αφού προσδιοριστεί η ταχύτητα του ήχου, το L μπορεί να ληφθεί μετρώντας το χρόνο μετ' επιστροφής των υπερηχητικών κυμάτων.
2. Στόχος σχεδίασης εύρεσης απόστασης υπερήχων
Απόσταση μέτρησης: εντός 5 μέτρων. Η απόσταση μεταξύ δύο σημείων μπορεί να εμφανιστεί σωστά μέσω του LED. το σφάλμα είναι μικρότερο από 5 τοις εκατό.
3. Μέτρηση και ανάλυση δεδομένων
1. Μέτρηση και ανάλυση δεδομένων
Λόγω των περιορισμών της πραγματικής εργασίας μέτρησης, επιλέχθηκαν για μέτρηση έξι αποστάσεις 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm και 100 cm κάτω από ένα μέτρο και κάθε απόσταση μετρήθηκε επτά φορές συνεχώς για να ληφθούν τα δεδομένα μέτρησης (θερμοκρασία: 29 βαθμό ), όπως φαίνεται στον πίνακα. Μπορεί να φανεί από τα δεδομένα του πίνακα ότι η μετρούμενη τιμή είναι γενικά μερικά εκατοστά μεγαλύτερη από την πραγματική τιμή, αλλά η ακρίβεια της συνεχούς μέτρησης είναι σχετικά υψηλή.
Για κάθε σύνολο μετρούμενων δεδομένων αφαιρείται μια μέγιστη τιμή και μια ελάχιστη τιμή και στη συνέχεια υπολογίζεται η μέση τιμή, η οποία χρησιμοποιείται ως τελικά δεδομένα μέτρησης και τέλος πραγματοποιείται συγκριτική ανάλυση. Αυτή η επεξεργασία δεδομένων έχει επίσης έναν ορισμένο βαθμό επιστήμης και ορθολογισμού. Από τα δεδομένα του πίνακα, αν και η αντιστάθμιση θερμοκρασίας έχει πραγματοποιηθεί στο υπερηχητικό κύμα, το σχετικό σφάλμα είναι σχετικά μεγάλο στη μέτρηση μιας σχετικά μικρής απόστασης. Ειδικά για τη μέτρηση απόστασης 30 εκατοστών και 50 εκατοστών, τα σχετικά σφάλματα έφτασαν το 5 τοις εκατό και το 4,8 τοις εκατό αντίστοιχα. Αλλά από όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων, το σφάλμα αυτού του σχεδιασμού είναι σχετικά μικρό και σχετικά σταθερό. Η τυφλή περιοχή αυτού του σχεδίου είναι περίπου 22,6 cm, η οποία ουσιαστικά πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού.
2. Ανάλυση σφαλμάτων
Το σφάλμα διακύμανσης προέρχεται κυρίως από τις ακόλουθες πτυχές:
(1) Υπάρχει μια ορισμένη γωνία μεταξύ του καθετήρα εκπομπής και λήψης υπερήχων και του μετρούμενου σημείου, η οποία επηρεάζει άμεσα τη μέγιστη τιμή της απόστασης μέτρησης. (2) Η ένταση του ήχου υπερήχων ηχούς σχετίζεται άμεσα με την απόσταση που πρέπει να μετρηθεί, επομένως η πραγματική μέτρηση Δεν είναι απαραιτήτως μια μηδενική σκανδάλη μιας ηχούς. (3) Λόγω των ακατέργαστων εργαλείων, η πραγματική απόσταση μέτρησης έχει επίσης σφάλματα. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν το σφάλμα μέτρησης, συμπεριλαμβανομένων των παρεμβολών στο περιβάλλον πεδίου, της συχνότητας παλμού βάσης χρόνου και ούτω καθεξής.
4. Ανάλυση Εφαρμογών
Η χρήση υπερήχων για τη μέτρηση της απόστασης του εδάφους στην ατμόσφαιρα είναι μια τεχνολογία που εφαρμόστηκε επίσημα μόνο μετά την ανάπτυξη της σύγχρονης ηλεκτρονικής τεχνολογίας. Δεδομένου ότι η εμβέλεια υπερήχων είναι μια τεχνολογία ανίχνευσης χωρίς επαφή, δεν επηρεάζεται από το φως, το χρώμα του μετρούμενου αντικειμένου κ.λπ., και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε σκληρά περιβάλλοντα. (όπως το να περιέχει σκόνη) έχει κάποια προσαρμοστικότητα. Ως εκ τούτου, είναι εξαιρετικά ευέλικτο. Για παράδειγμα: η τοπογραφία και η χαρτογράφηση τοπογραφικών χαρτών, η κατασκευή σπιτιών, γεφυρών, δρόμων, η εκσκαφή ορυχείων, πετρελαιοπηγών κ.λπ., η χρήση υπερηχητικών κυμάτων για τη μέτρηση των αποστάσεων του εδάφους επιτυγχάνεται με τη χρήση φωτοηλεκτρικής τεχνολογίας. Τα πλεονεκτήματα των αποστασιογράφων υπερήχων είναι: το κόστος του οργάνου είναι χαμηλότερο από αυτό των αποστασιογράφων ελαφρών κυμάτων Χαμηλό, εξοικονόμηση εργασίας, εύκολο στη χρήση.
Οι υπερηχητικές αποστάσεις χρησιμοποιούνται επίσης στην προηγμένη τεχνολογία ρομπότ. Η πηγή υπερήχων είναι εγκατεστημένη στο ρομπότ, το οποίο εκπέμπει συνεχώς υπερηχητικά κύματα στο περιβάλλον και ταυτόχρονα λαμβάνει ηχώ που αντανακλάται από εμπόδια για να προσδιορίσει τη θέση του ρομπότ και το χρησιμοποιεί ως αισθητήρα για τον έλεγχο του ρομπότ. υπολογιστή και ούτω καθεξής. Επειδή τα υπερηχητικά κύματα είναι εύκολα στην κατευθυντική εκπομπή, καλή κατευθυντικότητα και εύκολο έλεγχο της έντασης, η τιμή εφαρμογής τους έχει εκτιμηθεί ευρέως.
Με μια λέξη, μπορεί να φανεί από την παραπάνω ανάλυση ότι η χρήση υπερηχητικής εμβέλειας έχει πολλά πλεονεκτήματα από πολλές απόψεις. Επομένως, η έρευνα αυτού του θέματος είναι πολύ πρακτική και εμπορικά πολύτιμη.
