Disseny d'ultrasons Range Finder i anàlisi d'aplicacions
Aquest article utilitza la relació entre distància i temps en la transmissió d'ultrasons, i utilitza un microordinador AT89C51 d'un sol xip per al control i processament de dades, i dissenya un telèmetre ultrasònic que pot mesurar la distància entre dos punts. El telèmetre es compon principalment d'un circuit transmissor d'ultrasons, un circuit receptor d'ultrasons, un circuit de control de microordinador d'un sol xip, un circuit de detecció de temperatura ambient i un circuit de visualització. Mitjançant el telèmetre ultrasònic dissenyat, es comencen a provar diferents distàncies i es realitza una anàlisi detallada d'errors.
Sensor de temperatura del microcontrolador de mesura de distància per ultrasons
Amb el desenvolupament de la societat, les persones tenen requisits cada cop més alts per mesurar la distància o la longitud. Cada cop es presta més atenció a la gamma ultrasònica a causa de la seva mesura sense contacte i una precisió relativament alta. El cercador d'ultrasons dissenyat en aquest document pot provar diferents distàncies i realitzar una anàlisi detallada d'errors.
1. Principi de disseny
El telèmetre ultrasònic es basa en les característiques de les ones ultrasòniques reflectides quan es troben obstacles. El transmissor d'ultrasons emet ones ultrasòniques en una direcció determinada i comença a cronometrar al mateix temps que l'emissió. Les ones ultrasòniques es propaguen a l'aire i tornen immediatament quan es troben amb obstacles en el camí, i el receptor d'ultrasons immediatament interromp i atura el temps quan rep l'ona reflectida. En detectar contínuament els ecos reflectits pels obstacles després de l'emissió de les ones generades, es mesura la diferència de temps T entre les ones ultrasòniques emeses i els ecos rebuts i, a continuació, es calcula la distància L. La fórmula bàsica d'abast és: L=(△t/2)*C
On L - la distància a mesurar
T - l'interval de temps entre l'ona transmesa i l'ona reflectida
C——La velocitat del so de les ones ultrasòniques a l'aire, que es pren com a 340 m/s a temperatura ambient
Després de determinar la velocitat del so, es pot obtenir L mesurant el temps d'anada i tornada de les ones ultrasòniques.
2. Objectiu de disseny del cercador d'ultrasons
Distància de mesura: dins de 5 metres; la distància entre dos punts es pot visualitzar correctament a través del LED; l'error és inferior al 5 per cent.
3. Mesura i anàlisi de dades
1. Mesura i anàlisi de dades
A causa de les limitacions del treball de mesura real, es van seleccionar sis distàncies de 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm i 100 cm per sota d'un metre per a la mesura, i cada distància es va mesurar set vegades contínuament per obtenir les dades de mesura (temperatura: 29 grau ), tal com es mostra a la taula. A partir de les dades de la taula, es pot veure que el valor mesurat és generalment uns quants centímetres més gran que el valor real, però la precisió de la mesura contínua és relativament alta.
Per a cada conjunt de dades mesurades, s'elimina un valor màxim i un valor mínim, i després es calcula el valor mitjà, que s'utilitza com a dades finals de mesura, i finalment es realitza una anàlisi comparativa. Aquest tractament de dades també té un cert grau de ciència i racionalitat. A partir de les dades de la taula, tot i que la compensació de temperatura s'ha dut a terme a l'ona ultrasònica, l'error relatiu és relativament gran en la mesura d'una distància relativament curta. Especialment per a la mesura de la distància de 30 cm i 50 cm, els errors relatius van arribar al 5 per cent i el 4,8 per cent respectivament. Però a partir de tots els resultats de mesura, l'error d'aquest disseny és relativament petit i relativament estable. L'àrea cega d'aquest disseny és d'uns 22,6 cm, que bàsicament compleix els requisits de disseny.
2. Anàlisi d'errors
L'error d'abast prové principalment dels aspectes següents:
(1) Hi ha un cert angle entre la sonda de transmissió i recepció d'ultrasons i el punt mesurat, que afecta directament el valor màxim de la distància de mesura; (2) La intensitat del so de l'eco ultrasònic està directament relacionada amb la distància que s'ha de mesurar, de manera que la mesura real no és necessàriament un disparador de creuament per zero d'un eco; (3) A causa de les eines crues, la distància de mesura real també té errors. Hi ha molts factors que afecten l'error de mesura, com ara la interferència de l'entorn de camp, la freqüència de pols de la base de temps, etc.
4. Anàlisi de l'aplicació
L'ús d'ultrasons per mesurar la distància terrestre a l'atmosfera és una tecnologia que s'ha aplicat formalment només després del desenvolupament de la tecnologia electrònica moderna. Com que el rang ultrasònic és una tecnologia de detecció sense contacte, no es veu afectat per la llum, el color de l'objecte mesurat, etc., i es pot utilitzar en entorns durs. (com contenir pols) té una certa adaptabilitat. Per tant, és extremadament versàtil. Per exemple: la topografia i mapeig de mapes topogràfics, la construcció de cases, ponts, carreteres, excavació de mines, pous de petroli, etc., utilitzant ones ultrasòniques per mesurar distàncies terrestres s'aconsegueix mitjançant la tecnologia fotoelèctrica. Els avantatges dels telèmetres ultrasònics són: el cost de l'instrument és inferior al dels telèmetres d'ona de llum Baix, estalvi de mà d'obra i fàcil d'utilitzar.
Els telèmetres ultrasònics també s'utilitzen en la tecnologia de robots avançats. La font d'ultrasons s'instal·la al robot, que emet contínuament ones ultrasòniques a l'entorn i simultàniament rep ecos reflectits pels obstacles per determinar la pròpia posició del robot, i l'utilitza com a sensor per controlar el robot. ordinador i així successivament. Com que les ones ultrasòniques són fàcils d'emissió direccional, una bona direccionalitat i un fàcil control de la intensitat, el seu valor d'aplicació s'ha valorat àmpliament.
En una paraula, es pot veure de l'anàlisi anterior que l'ús de la gamma ultrasònica té molts avantatges en molts aspectes. Per tant, la recerca d'aquest tema és molt pràctica i comercialment valuosa.
