Ultraäänietäisyysmittarin suunnittelu ja sovellusanalyysi
Tässä artikkelissa käytetään etäisyyden ja ajan välistä suhdetta ultraäänilähetyksessä ja yksisiruista AT89C51-mikrotietokonetta ohjaukseen ja tietojenkäsittelyyn, ja se suunnittelee ultraäänietäisyysmittarin, joka voi mitata kahden pisteen välisen etäisyyden. Etäisyysmittari koostuu pääasiassa ultraäänilähetinpiiristä, ultraäänivastaanotinpiiristä, yksisiruisesta mikrotietokoneen ohjauspiiristä, ympäristön lämpötilan tunnistuspiiristä ja näyttöpiiristä. Suunnitellun ultraäänietäisyysmittarin avulla testataan erilaisia etäisyyksiä ja tehdään yksityiskohtainen virheanalyysi.
Ultraäänietäisyyden mittaava mikrokontrolleri lämpötila-anturi
Yhteiskunnan kehittyessä ihmisillä on yhä korkeammat vaatimukset etäisyyden tai pituuden mittaamisesta. Ultraäänimittaukseen kiinnitetään yhä enemmän huomiota sen kosketuksettoman mittauksen ja suhteellisen suuren tarkkuuden vuoksi. Tässä artikkelissa suunniteltu ultraäänietäisyysmittari voi testata erilaisia etäisyyksiä ja suorittaa yksityiskohtaisen virheanalyysin.
1. Suunnitteluperiaate
Ultraäänietäisyysmittari perustuu esteitä vastaan heijastuvien ultraääniaaltojen ominaisuuksiin. Ultraäänilähetin lähettää ultraääniaaltoja tiettyyn suuntaan ja aloittaa ajoituksen samaan aikaan lähetyksen kanssa. Ultraääniaallot etenevät ilmassa ja palaavat välittömästi, kun ne kohtaavat matkalla esteitä, ja ultraäänivastaanotin keskeyttää ja pysäyttää ajoituksen välittömästi vastaanotettuaan heijastuneen aallon. Havaitsemalla jatkuvasti esteiden heijastamia kaikuja synnytettyjen aaltojen lähettämisen jälkeen mitataan lähetettyjen ultraääniaaltojen ja vastaanotettujen kaikujen välinen aikaero T ja lasketaan sitten etäisyys L. Perusaluekaava on: L=(△t/2)*C
Missä L - mitattava etäisyys
T - aikaväli lähetetyn aallon ja heijastuneen aallon välillä
C——Ultraääniaaltojen äänen nopeus ilmassa, joka otetaan 340 m/s huoneenlämmössä
Kun äänen nopeus on määritetty, L voidaan saada mittaamalla ultraääniaaltojen kiertoaika.
2. Ultraäänietäisyysmittarin suunnittelun tavoite
Mittausetäisyys: 5 metrin sisällä; kahden pisteen välinen etäisyys voidaan näyttää oikein LEDin kautta; virhe on alle 5 prosenttia.
3. Tietojen mittaus ja analysointi
1. Tietojen mittaus ja analysointi
Varsinaisen mittaustyön rajoitusten vuoksi mittaukseen valittiin kuusi etäisyyttä 30cm, 50cm, 70cm, 80cm, 90cm ja 100cm alle metrin ja jokaista etäisyyttä mitattiin seitsemän kertaa jatkuvasti mittaustietojen saamiseksi (lämpötila: 29). aste ), kuten taulukosta näkyy. Taulukon tiedoista näkyy, että mitattu arvo on yleensä muutaman senttimetrin todellista arvoa suurempi, mutta jatkuvan mittauksen tarkkuus on suhteellisen korkea.
Jokaisesta mittaustietosarjasta poistetaan maksimiarvo ja minimiarvo, jonka jälkeen lasketaan keskiarvo, jota käytetään lopullisena mittaustietona ja lopuksi suoritetaan vertaileva analyysi. Tällä tietojenkäsittelyllä on myös tietty tieteellinen ja rationaalisuus. Taulukon tiedoista voidaan todeta, että vaikka lämpötilakompensointi on suoritettu ultraääniaaltolle, suhteellinen virhe on suhteellisen suuri suhteellisen lyhyen matkan mittauksessa. Erityisesti 30 cm:n ja 50 cm:n etäisyysmittauksissa suhteelliset virheet olivat 5 prosenttia ja 4,8 prosenttia. Mutta kaikkien mittaustulosten perusteella tämän suunnittelun virhe on suhteellisen pieni ja suhteellisen vakaa. Tämän mallin sokea alue on noin 22,6 cm, mikä periaatteessa täyttää suunnitteluvaatimukset.
2. Virheanalyysi
Aluevirhe johtuu pääasiassa seuraavista näkökohdista:
(1) Ultraäänilähettävän ja vastaanottavan anturin ja mitatun pisteen välillä on tietty kulma, joka vaikuttaa suoraan mittausetäisyyden maksimiarvoon; (2) Ultraäänikaiun äänenvoimakkuus on suoraan verrannollinen mitattavaan etäisyyteen, joten todellinen mittaus Se ei välttämättä ole kaiun nollan ylitys laukaisee; (3) Karkeista työkaluista johtuen myös todellisessa mittausetäisyydessä on virheitä. Mittausvirheeseen vaikuttavat monet tekijät, mukaan lukien kenttäympäristön häiriöt, aikaperuspulssitaajuus ja niin edelleen.
4. Sovellusanalyysi
Ultraäänen käyttö maanpinnan etäisyyden mittaamiseen ilmakehässä on tekniikka, joka on otettu virallisesti käyttöön vasta modernin elektroniikkatekniikan kehittymisen jälkeen. Koska ultraäänietäisyysmittaus on kosketukseton tunnistustekniikka, valo, mitatun kohteen väri jne. ei vaikuta siihen, ja sitä voidaan käyttää ankarissa ympäristöissä. (kuten pölyä sisältävä) on tietty sopeutumiskyky. Siksi se on erittäin monipuolinen. Esimerkiksi: topografisten karttojen kartoitus ja kartoitus, talojen, siltojen, teiden rakentaminen, kaivosten, öljylähteiden jne. kaivaminen ultraääniaaltojen avulla maaetäisyyksien mittaamiseen saadaan aikaan valosähkötekniikalla. Ultraäänietäisyysmittareiden edut ovat: instrumentin hinta on alhaisempi kuin valoaaltomittaimen Matala, työvoimaa säästävä, helppokäyttöinen.
Ultraäänietäisyysmittareita käytetään myös kehittyneessä robottitekniikassa. Ultraäänilähde on asennettu robottiin, joka lähettää jatkuvasti ultraääniaaltoja ympäristöön ja vastaanottaa samanaikaisesti esteistä heijastuvia kaikuja määrittääkseen robotin oman sijainnin ja käyttää sitä anturina robotin ohjaamiseen. tietokone ja niin edelleen. Koska ultraääniaaltoja on helppo suunnata, se on hyvä suuntaavuus ja intensiteetti on helppo hallita, sen käyttöarvoa on arvostettu laajalti.
Sanalla sanoen, yllä olevasta analyysistä voidaan nähdä, että ultraäänietäisyyden käyttämisellä on monia etuja monin tavoin. Siksi tämän aiheen tutkimus on erittäin käytännöllistä ja kaupallisesti arvokasta.
