Дизайн ультразвукового дальномера и анализ его применения
В этой статье используется взаимосвязь между расстоянием и временем при ультразвуковой передаче и используется однокристальный микрокомпьютер AT89C51 для управления и обработки данных, а также разрабатывается ультразвуковой дальномер, который может измерять расстояние между двумя точками. Дальномер в основном состоит из схемы ультразвукового передатчика, схемы ультразвукового приемника, схемы управления однокристальным микрокомпьютером, схемы определения температуры окружающей среды и схемы отображения. С помощью разработанного ультразвукового дальномера проверяются различные расстояния и проводится подробный анализ погрешностей.
Ультразвуковой датчик температуры микроконтроллера для измерения расстояния
С развитием общества у людей предъявляются все более высокие требования к измерению расстояния или длины. Ультразвуковой локации уделяется все больше внимания из-за ее бесконтактного измерения и относительно высокой точности. Ультразвуковой дальномер, разработанный в этой статье, может тестировать различные расстояния и выполнять подробный анализ ошибок.
1. Принцип конструкции
Ультразвуковой дальномер основан на характеристиках отражения ультразвуковых волн при встрече с препятствиями. Ультразвуковой передатчик излучает ультразвуковые волны в определенном направлении и начинает отсчет времени одновременно с излучением. Ультразвуковые волны распространяются в воздухе и немедленно возвращаются при встрече с препятствиями на пути, а ультразвуковой приемник немедленно прерывает и останавливает отсчет времени, когда принимает отраженную волну. Путем непрерывного обнаружения эхо-сигналов, отраженных препятствиями после испускания генерируемых волн, измеряется разница во времени T между излучаемыми ультразвуковыми волнами и принимаемыми эхо-сигналами, а затем рассчитывается расстояние L. Основная формула ранжирования: L=(△t/2)*C
Где L - измеряемое расстояние
T - интервал времени между прошедшей волной и отраженной волной
C — скорость звука ультразвуковых волн в воздухе, принятая равной 340 м/с при комнатной температуре.
После того, как скорость звука определена, L можно получить, измерив время прохождения ультразвуковых волн туда и обратно.
2. Цель конструкции ультразвукового дальномера
Расстояние измерения: в пределах 5 метров; расстояние между двумя точками может отображаться правильно с помощью светодиода; ошибка составляет менее 5 процентов.
3. Измерение и анализ данных
1. Измерение и анализ данных
Из-за ограничений фактической работы по измерению для измерения были выбраны шесть расстояний 30 см, 50 см, 70 см, 80 см, 90 см и 100 см ниже одного метра, и каждое расстояние измерялось семь раз непрерывно для получения данных измерения (температура: 29 градус), как показано в таблице. Из данных таблицы видно, что измеренное значение, как правило, на несколько сантиметров больше фактического значения, но точность непрерывного измерения относительно высока.
Для каждого набора измеренных данных удаляются максимальное значение и минимальное значение, а затем вычисляется среднее значение, которое используется в качестве окончательных данных измерения, и, наконец, выполняется сравнительный анализ. Эта обработка данных также имеет определенную степень науки и рациональности. Судя по данным таблицы, несмотря на то, что температурная компенсация была выполнена для ультразвуковой волны, относительная погрешность относительно велика при измерении относительно короткого расстояния. В частности, для измерения расстояния 30 см и 50 см относительные погрешности достигают 5 процентов и 4,8 процента соответственно. Но судя по всем результатам измерений, погрешность этой конструкции относительно мала и относительно стабильна. Слепая зона этой конструкции составляет около 22,6 см, что в основном соответствует требованиям дизайна.
2. Анализ ошибок
Ошибка дальности в основном возникает из-за следующих аспектов:
(1) Существует определенный угол между ультразвуковым передающим и принимающим зондом и измеряемой точкой, который напрямую влияет на максимальное значение расстояния измерения; (2) Интенсивность ультразвукового эхо-звука напрямую связана с измеряемым расстоянием, поэтому фактическое измерение не обязательно является триггером эха при пересечении нуля; (3) Из-за грубых инструментов фактическое расстояние измерения также имеет ошибки. Существует множество факторов, влияющих на погрешность измерения, в том числе помехи в полевых условиях, частота импульсов временной развертки и так далее.
4. Анализ приложений
Использование ультразвука для измерения расстояния до земли в атмосфере — это технология, которая официально стала применяться только после развития современной электронной техники. Поскольку ультразвуковая дальнометрия является бесконтактной технологией обнаружения, на нее не влияет свет, цвет измеряемого объекта и т. д., и ее можно использовать в суровых условиях. (например, содержащие пыль) имеет определенную адаптируемость. Поэтому он чрезвычайно универсален. Например: съемка и картографирование топографических карт, строительство домов, мостов, дорог, рытье шахт, нефтяных скважин и т. д., использование ультразвуковых волн для измерения наземных расстояний достигается с помощью фотоэлектрической технологии. Преимуществами ультразвуковых дальномеров являются: стоимость прибора ниже, чем у световых дальномеров Низкая, малотрудоемкая, простая в эксплуатации.
Ультразвуковые дальномеры также используются в передовой робототехнике. На роботе установлен ультразвуковой источник, который непрерывно излучает ультразвуковые волны в окружающую среду и одновременно принимает отраженные от препятствий эхо-сигналы для определения собственного положения робота и использует его как датчик для управления роботом. компьютер и так далее. Поскольку ультразвуковые волны легко поддаются направленному излучению, хорошей направленности и легкому контролю интенсивности, ценность их применения широко ценится.
Одним словом, из приведенного выше анализа видно, что использование ультразвуковой дальнометрии имеет много преимуществ во многих аспектах. Поэтому исследования по этой теме очень практичны и коммерчески ценны.
