Ultrahangos távolságmérő tervezése és alkalmazáselemzése
Ez a tanulmány a távolság és az idő közötti összefüggést használja az ultrahangos átvitelben, és AT89C51 egychipes mikroszámítógépet használ a vezérléshez és az adatfeldolgozáshoz, valamint olyan ultrahangos távolságmérőt tervez, amely képes mérni két pont közötti távolságot. A távolságmérő főként egy ultrahangos adó áramkörből, egy ultrahangos vevő áramkörből, egy chipes mikroszámítógép vezérlő áramkörből, egy környezeti hőmérséklet érzékelő áramkörből és egy kijelző áramkörből áll. A tervezett ultrahangos távolságmérő segítségével különböző távolságokat tesztelnek, és részletes hibaelemzést végeznek.
Ultrahangos távolságmérő mikrokontroller hőmérséklet érzékelő
A társadalom fejlődésével az emberek egyre magasabb követelményeket támasztanak a távolság- vagy hosszméréssel szemben. Érintésmentes mérése és viszonylag nagy pontossága miatt egyre nagyobb figyelmet fordítanak az ultrahangos távolságmérésre. Az ebben a cikkben tervezett ultrahangos távolságmérő különböző távolságokat tesztelhet és részletes hibaelemzést végezhet.
1. Tervezési elv
Az ultrahangos távolságmérő az akadályokba ütközéskor visszaverődő ultrahanghullámok jellemzőire épül. Az ultrahangos adó egy bizonyos irányban ultrahanghullámokat bocsát ki, és az emisszióval egy időben kezdi meg az időzítést. Az ultrahanghullámok a levegőben terjednek, és azonnal visszatérnek, ha útközben akadályokba ütköznek, az ultrahangos vevő pedig azonnal megszakítja és leállítja az időzítést, amikor megkapja a visszavert hullámot. A keletkezett hullámok kibocsátása után az akadályokról visszavert visszhangok folyamatos érzékelésével megmérjük a kibocsátott ultrahanghullámok és a vett visszhangok közötti T időkülönbséget, majd kiszámítjuk az L távolságot. Az alapképlet a következő: L=(△t/2)*C
Ahol L - a mérendő távolság
T - az átvitt hullám és a visszavert hullám közötti időintervallum
C——Az ultrahanghullámok hangsebessége a levegőben, amelyet szobahőmérsékleten 340 m/s-nak veszünk
A hangsebesség meghatározása után az L-t az ultrahanghullámok visszafutási idejének mérésével kaphatjuk meg.
2. Ultrahangos távolságmérő tervezési cél
Mérési távolság: 5 méteren belül; a két pont közötti távolság helyesen megjeleníthető a LED-en keresztül; a hiba kevesebb, mint 5 százalék.
3. Adatmérés és -elemzés
1. Adatmérés és -elemzés
A tényleges mérési munka korlátai miatt a méréshez hat 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm és 100 cm távolságot választottunk ki mérésre, és minden távolságot hétszer folyamatosan mértünk a mérési adatok beszerzéséhez (hőmérséklet: 29 fok), amint az a táblázatban is látható. A táblázat adataiból látható, hogy a mért érték általában néhány centiméterrel nagyobb a tényleges értéknél, de a folyamatos mérés pontossága viszonylag nagy.
Minden egyes mért adathalmazhoz egy maximális és egy minimális értéket eltávolítunk, majd kiszámítjuk az átlagértéket, amelyet végső mérési adatként használunk, végül összehasonlító elemzést végzünk. Ennek az adatfeldolgozásnak is van bizonyos fokú tudományossága és racionalitása. A táblázat adatai szerint bár a hőmérséklet-kompenzációt az ultrahanghullámon végezték el, a relatív hiba viszonylag kis távolság mérésénél viszonylag nagy. Különösen a 30 cm-es és az 50 cm-es távolságmérésnél a relatív hiba elérte az 5 százalékot, illetve a 4,8 százalékot. De az összes mérési eredmény alapján ennek a kialakításnak a hibája viszonylag kicsi és viszonylag stabil. Ennek a kialakításnak a vak területe körülbelül 22,6 cm, ami alapvetően megfelel a tervezési követelményeknek.
2. Hibaelemzés
A tartományhiba főként a következő szempontokból adódik:
(1) Az ultrahangos adó- és vevőszonda és a mért pont között van egy bizonyos szög, amely közvetlenül befolyásolja a mérési távolság maximális értékét; (2) Az ultrahang visszhang hangintenzitása közvetlenül összefügg a mérendő távolsággal, tehát a tényleges mérés Nem feltétlenül a visszhang nulla átlépése; (3) A durva szerszámok miatt a tényleges mérési távolság is hibás. Számos tényező befolyásolja a mérési hibát, beleértve a terepi környezeti interferenciát, az alapimpulzus-frekvenciát és így tovább.
4. Alkalmazáselemzés
Az ultrahang használata a légkör talajtávolságának mérésére olyan technológia, amelyet hivatalosan csak a modern elektronikai technológia fejlődése után alkalmaztak. Mivel az ultrahangos távolságmérés egy érintésmentes érzékelési technológia, nem befolyásolja a fény, a mért tárgy színe stb., és zord környezetben is használható. (például port tartalmaz) rendelkezik bizonyos alkalmazkodóképességgel. Ezért rendkívül sokoldalú. Például: topográfiai térképek felmérése és térképezése, házak, hidak, utak építése, bányák, olajkutak stb. ásása, ultrahanghullámok segítségével a talajtávolság mérése fotoelektromos technológiával valósul meg. Az ultrahangos távolságmérők előnyei: a műszer költsége alacsonyabb, mint a fényhullámú távolságmérőké. Alacsony, munkatakarékos, könnyen kezelhető.
Az ultrahangos távolságmérőket a fejlett robottechnológiában is használják. Az ultrahangforrás a robotra van felszerelve, amely folyamatosan ultrahanghullámokat bocsát ki a környezetbe, és egyidejűleg fogadja az akadályokról visszaverődő visszhangokat a robot saját helyzetének meghatározásához, és szenzorként használja a robot irányításához. számítógép és így tovább. Mivel az ultrahanghullámok könnyen irányíthatók, jó az irányultság és könnyen szabályozható az intenzitás, alkalmazási értékét széles körben értékelték.
Egyszóval a fenti elemzésből kitűnik, hogy az ultrahangos távolságmérés sok szempontból számos előnnyel jár. Ezért ennek a témának a kutatása nagyon gyakorlatias és kereskedelmi szempontból értékes.
