Проектиране на ултразвуков далекомер и анализ на приложението
Тази статия използва връзката между разстоянието и времето при ултразвуково предаване и използва AT89C51 едночипов микрокомпютър за контрол и обработка на данни и проектира ултразвуков далекомер, който може да измерва разстоянието между две точки. Далекомерът се състои основно от верига за ултразвуков предавател, верига за ултразвуков приемник, верига за управление на микрокомпютър с един чип, верига за откриване на температурата на околната среда и верига за дисплей. С помощта на проектирания ултразвуков далекомер се тестват различни разстояния и се извършва подробен анализ на грешките.
Ултразвуков температурен сензор с микроконтролер за измерване на разстояние
С развитието на обществото хората имат все по-високи изисквания за измерване на разстояние или дължина. На ултразвуковото измерване се обръща все повече внимание поради безконтактното измерване и относително високата точност. Ултразвуковият далекомер, проектиран в тази статия, може да тества различни разстояния и да извършва подробен анализ на грешките.
1. Принцип на проектиране
Ултразвуковият далекомер се основава на характеристиките на ултразвуковите вълни, отразени обратно при среща с препятствия. Ултразвуковият предавател излъчва ултразвукови вълни в определена посока и започва да отчита времето едновременно с излъчването. Ултразвуковите вълни се разпространяват във въздуха и се връщат незабавно, когато срещнат препятствия по пътя, а ултразвуковият приемник незабавно прекъсва и спира да измерва времето, когато получи отразената вълна. Чрез непрекъснато откриване на ехото, отразено от препятствия след излъчването на генерираните вълни, се измерва времевата разлика T между излъчените ултразвукови вълни и получените ехота и след това се изчислява разстоянието L. Основната формула за обхват е: L=(△t/2)*C
Където L - разстоянието, което трябва да се измери
T - интервалът от време между предаваната вълна и отразената вълна
C——скоростта на звука на ултразвуковите вълни във въздуха, която се приема за 340 m/s при стайна температура
След като се определи скоростта на звука, L може да се получи чрез измерване на времето за обиколка на ултразвуковите вълни.
2. Целта на дизайна на ултразвуков далекомер
Разстояние на измерване: в рамките на 5 метра; разстоянието между две точки може да се показва правилно чрез светодиода; грешката е по-малка от 5 процента.
3. Измерване и анализ на данни
1. Измерване и анализ на данни
Поради ограниченията на действителната измервателна работа, за измерване бяха избрани шест разстояния от 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm и 100 cm под един метър и всяко разстояние беше измерено седем пъти непрекъснато, за да се получат данните от измерването (температура: 29 степен ), както е показано в таблицата. От данните в таблицата може да се види, че измерената стойност обикновено е с няколко сантиметра по-голяма от действителната стойност, но точността на непрекъснатото измерване е сравнително висока.
За всеки набор от измерени данни се премахват максимална стойност и минимална стойност, след което се изчислява средната стойност, която се използва като окончателни данни от измерването и накрая се извършва сравнителен анализ. Тази обработка на данни също има известна степен на наука и рационалност. От данните в таблицата, въпреки че температурната компенсация е извършена на ултразвукова вълна, относителната грешка е относително голяма при измерването на относително кратко разстояние. Особено за измерване на разстояние от 30 см и 50 см, относителните грешки достигнаха съответно 5 процента и 4,8 процента. Но от всички резултати от измерването грешката на този дизайн е относително малка и относително стабилна. Сляпата зона на този дизайн е около 22,6 см, което основно отговаря на изискванията за дизайн.
2. Анализ на грешките
Грешката в обхвата идва главно от следните аспекти:
(1) Има определен ъгъл между ултразвуковата предавателна и приемаща сонда и измерената точка, който пряко влияе върху максималната стойност на разстоянието на измерване; (2) Интензитетът на ултразвуковия ехо звук е пряко свързан с разстоянието, което трябва да се измери, така че действителното измерване не е непременно задействане на ехото при преминаване през нулата; (3) Поради грубите инструменти действителното разстояние за измерване също има грешки. Има много фактори, които влияят на грешката на измерване, включително смущения в полевата среда, честота на импулсите във времевата база и т.н.
4. Анализ на приложението
Използването на ултразвук за измерване на земното разстояние в атмосферата е технология, която е официално приложена едва след развитието на съвременната електронна технология. Тъй като ултразвуковото измерване е технология за безконтактно откриване, то не се влияе от светлината, цвета на измервания обект и т.н. и може да се използва в тежки среди. (като съдържащи прах) има известна адаптивност. Поради това е изключително универсален. Например: геодезия и картографиране на топографски карти, строеж на къщи, мостове, пътища, копаене на мини, петролни кладенци и т.н., използването на ултразвукови вълни за измерване на земни разстояния се постига с помощта на фотоелектрическа технология. Предимствата на ултразвуковите далекомери са: цената на инструмента е по-ниска от тази на далекомерите със светлинни вълни Ниска, спестява труд, лесна за работа.
Ултразвуковите далекомери се използват и в напреднала технология за роботи. Ултразвуковият източник е инсталиран на робота, който непрекъснато излъчва ултразвукови вълни към околностите и едновременно с това получава ехо, отразено от препятствия, за да определи собствената позиция на робота и го използва като сензор за управление на робота. компютър и така нататък. Тъй като ултразвуковите вълни са лесни за насочване на излъчване, добра насоченост и лесен контрол на интензитета, стойността на приложението им е широко ценена.
С една дума, от горния анализ може да се види, че използването на ултразвуково измерване има много предимства в много аспекти. Следователно изследването на тази тема е много практично и с търговска стойност.
