Projektiranje in analiza uporabe ultrazvočnega merilnika razdalje
Ta dokument uporablja razmerje med razdaljo in časom pri ultrazvočnem prenosu in uporablja mikroračunalnik AT89C51 z enim čipom za nadzor in obdelavo podatkov ter oblikuje ultrazvočni merilnik razdalje, ki lahko meri razdaljo med dvema točkama. Merilnik razdalje je v glavnem sestavljen iz vezja ultrazvočnega oddajnika, vezja ultrazvočnega sprejemnika, mikroračunalniškega krmilnega vezja z enim čipom, vezja za zaznavanje temperature okolice in vezja zaslona. Z zasnovanim ultrazvočnim daljinomerom se testirajo različne razdalje in izvede podrobna analiza napak.
Ultrazvočni senzor temperature mikrokrmilnika za merjenje razdalje
Z razvojem družbe imamo ljudje čedalje višje zahteve po merjenju razdalje oziroma dolžine. Ultrazvočnemu merjenju se zaradi brezkontaktnega merjenja in relativno visoke natančnosti posveča vedno več pozornosti. Ultrazvočni daljinomer, zasnovan v tem dokumentu, lahko testira različne razdalje in izvede podrobno analizo napak.
1. Načelo oblikovanja
Ultrazvočni daljinomer temelji na značilnostih ultrazvočnih valov, ki se odbijejo ob naletu na ovire. Ultrazvočni oddajnik oddaja ultrazvočne valove v določeni smeri in začne meriti čas hkrati z emisijo. Ultrazvočni valovi se širijo po zraku in se takoj vrnejo, ko naletijo na ovire na poti, ultrazvočni sprejemnik pa takoj prekine in preneha meriti čas, ko prejme odbiti val. Z neprekinjenim zaznavanjem odbojev od ovir po oddaji ustvarjenih valov se izmeri časovna razlika T med oddanimi ultrazvočnimi valovi in prejetimi odmevi, nato pa se izračuna razdalja L. Osnovna formula za določanje obsega je: L=(△t/2)*C
Kjer je L - razdalja, ki jo je treba izmeriti
T - časovni interval med oddanim in odbitim valom
C——hitrost zvoka ultrazvočnih valov v zraku, ki je pri sobni temperaturi 340 m/s
Ko je hitrost zvoka določena, lahko L dobimo z merjenjem časa povratnega potovanja ultrazvočnih valov.
2. Cilj oblikovanja ultrazvočnega merilnika razdalje
Merilna razdalja: znotraj 5 metrov; razdaljo med dvema točkama je mogoče pravilno prikazati preko LED; napaka je manjša od 5 odstotkov.
3. Merjenje in analiza podatkov
1. Merjenje in analiza podatkov
Zaradi omejitev dejanskega merilnega dela je bilo za merjenje izbranih šest razdalj 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm in 100 cm pod enim metrom, vsaka razdalja pa je bila izmerjena sedemkrat neprekinjeno, da bi dobili podatke o meritvah (temperatura: 29 stopnje ), kot je prikazano v tabeli. Iz podatkov v tabeli je razvidno, da je izmerjena vrednost praviloma nekaj centimetrov večja od dejanske vrednosti, vendar je natančnost neprekinjenega merjenja relativno visoka.
Za vsak niz izmerjenih podatkov se odstrani največja vrednost in najmanjša vrednost, nato se izračuna povprečna vrednost, ki se uporabi kot končni merilni podatek, na koncu pa se izvede primerjalna analiza. Ta obdelava podatkov ima tudi določeno stopnjo znanosti in racionalnosti. Glede na podatke v tabeli, čeprav je bila temperaturna kompenzacija izvedena na ultrazvočnem valu, je relativna napaka relativno velika pri merjenju relativno kratke razdalje. Zlasti pri merjenju razdalje 30 cm in 50 cm je relativna napaka dosegla 5 odstotkov oziroma 4,8 odstotka. Toda glede na vse rezultate meritev je napaka te zasnove razmeroma majhna in razmeroma stabilna. Slepa površina te zasnove je približno 22,6 cm, kar v bistvu ustreza zahtevam zasnove.
2. Analiza napak
Napaka pri določanju obsega izvira predvsem iz naslednjih vidikov:
(1) Med ultrazvočno oddajno in sprejemno sondo ter izmerjeno točko obstaja določen kot, ki neposredno vpliva na največjo vrednost merilne razdalje; (2) Intenzivnost zvoka ultrazvočnega odmeva je neposredno povezana z razdaljo, ki jo je treba izmeriti, zato dejanska meritev ni nujno sprožilec odmeva, ki prečka ničlo; (3) Zaradi grobih orodij ima tudi dejanska razdalja merjenja napake. Obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na merilno napako, vključno z motnjami okolja polja, frekvenco impulzov časovne baze in tako naprej.
4. Analiza aplikacije
Uporaba ultrazvoka za merjenje oddaljenosti od tal v ozračju je tehnologija, ki se je uradno začela uporabljati šele po razvoju sodobne elektronske tehnologije. Ker je ultrazvočno določanje razdalje tehnologija brezkontaktnega zaznavanja, nanjo ne vplivajo svetloba, barva merjenega predmeta itd., zato se lahko uporablja v težkih okoljih. (kot na primer vsebuje prah) ima določeno prilagodljivost. Zato je izjemno vsestransko uporaben. Na primer: merjenje in kartiranje topografskih zemljevidov, gradnja hiš, mostov, cest, kopanje rudnikov, naftnih vrtin itd., uporaba ultrazvočnih valov za merjenje razdalj do tal se doseže z uporabo fotoelektrične tehnologije. Prednosti ultrazvočnih daljinomerov so: cena instrumenta je nižja kot pri svetlobnih merilnikih razdalj Nizka, prihranek pri delu, enostaven za uporabo.
Ultrazvočni daljinomeri se uporabljajo tudi v napredni tehnologiji robotov. Ultrazvočni vir je nameščen na robotu, ki neprekinjeno oddaja ultrazvočne valove v okolico in hkrati sprejema odboje od ovir za določanje položaja samega robota ter ga uporablja kot senzor za krmiljenje robota. računalnik in tako naprej. Ker so ultrazvočni valovi enostavni za usmerjeno oddajanje, dobro usmerjenost in enostaven nadzor intenzivnosti, je bila njegova uporabna vrednost zelo cenjena.
Z eno besedo, iz zgornje analize je razvidno, da ima uporaba ultrazvočnega merjenja veliko prednosti v mnogih pogledih. Zato je raziskovanje te teme zelo praktično in komercialno dragoceno.
