Projektiranje i analiza primjene ultrazvučnog daljinomjera
Ovaj rad koristi odnos između udaljenosti i vremena u ultrazvučnom prijenosu i koristi mikroračunalo AT89C51 s jednim čipom za upravljanje i obradu podataka, te dizajnira ultrazvučni daljinomjer koji može mjeriti udaljenost između dvije točke. Daljinomjer se uglavnom sastoji od kruga ultrazvučnog odašiljača, kruga ultrazvučnog prijemnika, kruga upravljanja mikroračunalom s jednim čipom, kruga za detekciju temperature okoline i kruga zaslona. Pomoću dizajniranog ultrazvučnog daljinomjera testiraju se različite udaljenosti i provodi detaljna analiza pogrešaka.
Ultrazvučni temperaturni mikrokontroler za mjerenje udaljenosti
S razvojem društva ljudi imaju sve veće zahtjeve za mjerenje udaljenosti ili duljine. Ultrazvučnom mjerenju pridaje se sve više pozornosti zbog beskontaktnog mjerenja i relativno visoke preciznosti. Ultrazvučni daljinomjer dizajniran u ovom radu može testirati različite udaljenosti i izvršiti detaljnu analizu pogreške.
1. Princip dizajna
Ultrazvučni daljinomjer temelji se na karakteristikama ultrazvučnih valova koji se odbijaju pri susretu s preprekama. Ultrazvučni odašiljač emitira ultrazvučne valove u određenom smjeru i počinje mjeriti vrijeme u isto vrijeme kada i emisija. Ultrazvučni valovi se šire u zraku i odmah se vraćaju kada naiđu na prepreke na putu, a ultrazvučni prijemnik odmah prekida i zaustavlja mjerenje vremena kada primi reflektirani val. Kontinuiranim detektiranjem odjeka reflektiranih od prepreka nakon emitiranja generiranih valova, mjeri se vremenska razlika T između emitiranih ultrazvučnih valova i primljenih odjeka, a zatim se izračunava udaljenost L. Osnovna formula za određivanje raspona je: L=(△t/2)*C
Gdje je L - udaljenost koju treba izmjeriti
T - vremenski interval između odaslanog i odbijenog vala
C——brzina zvuka ultrazvučnih valova u zraku, koja se uzima kao 340 m/s na sobnoj temperaturi
Nakon što se odredi brzina zvuka, L se može dobiti mjerenjem vremena povratnog putovanja ultrazvučnih valova.
2. Cilj dizajna ultrazvučnog daljinomjera
Mjerna udaljenost: unutar 5 metara; udaljenost između dvije točke može se ispravno prikazati kroz LED; pogreška je manja od 5 posto.
3. Mjerenje i analiza podataka
1. Mjerenje i analiza podataka
Zbog ograničenja stvarnog rada mjerenja, za mjerenje je odabrano šest udaljenosti od 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm i 100 cm ispod jednog metra, a svaka je udaljenost mjerena sedam puta kontinuirano kako bi se dobili mjerni podaci (temperatura: 29 stupanj ), kao što je prikazano u tablici. Iz podataka u tablici vidljivo je da je izmjerena vrijednost u pravilu nekoliko centimetara veća od stvarne vrijednosti, ali je točnost kontinuiranog mjerenja relativno visoka.
Za svaki skup mjernih podataka uklanjaju se maksimalna vrijednost i minimalna vrijednost, zatim se izračunava prosječna vrijednost koja se koristi kao konačni podatak mjerenja i na kraju se provodi komparativna analiza. Ova obrada podataka također ima određeni stupanj znanstvenosti i racionalnosti. Iz podataka u tablici, iako je temperaturna kompenzacija provedena na ultrazvučnom valu, relativna pogreška je relativno velika u mjerenju relativno male udaljenosti. Osobito za mjerenje udaljenosti od 30 cm i 50 cm, relativne pogreške su dosegle 5 posto odnosno 4,8 posto. Ali iz svih rezultata mjerenja, pogreška ovog dizajna je relativno mala i relativno stabilna. Slijepa površina ovog dizajna je oko 22,6 cm, što u osnovi zadovoljava zahtjeve dizajna.
2. Analiza grešaka
Pogreška rangiranja uglavnom dolazi iz sljedećih aspekata:
(1) Postoji određeni kut između ultrazvučne sonde za odašiljanje i primanje i izmjerene točke, što izravno utječe na maksimalnu vrijednost udaljenosti mjerenja; (2) Intenzitet ultrazvučnog zvuka odjeka izravno je povezan s udaljenošću koju treba izmjeriti, tako da stvarno mjerenje nije nužno okidač za prelazak nule odjeka; (3) Zbog sirovih alata, stvarna udaljenost mjerenja također ima pogreške. Mnogo je čimbenika koji utječu na pogrešku mjerenja, uključujući smetnje okoline polja, frekvenciju pulsa vremenske baze i tako dalje.
4. Analiza primjene
Korištenje ultrazvuka za mjerenje udaljenosti od tla u atmosferi je tehnologija koja se formalno primjenjuje tek nakon razvoja suvremene elektroničke tehnologije. Budući da je ultrazvučno određivanje raspona tehnologija beskontaktne detekcije, na njega ne utječu svjetlost, boja mjerenog objekta itd. i može se koristiti u teškim uvjetima. (kao što je sadržaj prašine) ima određenu prilagodljivost. Stoga je iznimno svestran. Na primjer: mjerenje i kartiranje topografskih karata, izgradnja kuća, mostova, cesta, kopanje rudnika, naftnih bušotina itd., korištenje ultrazvučnih valova za mjerenje udaljenosti na tlu postiže se korištenjem fotoelektrične tehnologije. Prednosti ultrazvučnih daljinomjera su: cijena instrumenta niža je od cijene daljinomjera svjetlosnih valova Nizak, štedi rad, jednostavan za rukovanje.
Ultrazvučni daljinomjeri također se koriste u naprednoj tehnologiji robota. Na robotu je instaliran ultrazvučni izvor koji kontinuirano emitira ultrazvučne valove u okolinu i istovremeno prima odjeke reflektirane od prepreka kako bi odredio položaj samog robota te ga koristi kao senzor za upravljanje robotom. računalo i tako dalje. Budući da se ultrazvučni valovi lako usmjeravaju, imaju dobru usmjerenost i jednostavnu kontrolu intenziteta, njegova je vrijednost primjene vrlo cijenjena.
Jednom riječju, iz gornje analize može se vidjeti da korištenje ultrazvučnog mjerenja ima mnoge prednosti u mnogim aspektima. Stoga je istraživanje ove teme vrlo praktično i komercijalno vrijedno.
