Progettazione di telemetri ad ultrasuoni e analisi delle applicazioni
Questo documento utilizza la relazione tra distanza e tempo nella trasmissione ultrasonica e utilizza il microcomputer a chip singolo AT89C51 per il controllo e l'elaborazione dei dati e progetta un telemetro ultrasonico in grado di misurare la distanza tra due punti. Il telemetro è composto principalmente da un circuito trasmettitore ad ultrasuoni, un circuito ricevitore ad ultrasuoni, un circuito di controllo del microcomputer a chip singolo, un circuito di rilevamento della temperatura ambiente e un circuito di visualizzazione. Utilizzando il telemetro ad ultrasuoni progettato, vengono testate diverse distanze e viene eseguita un'analisi dettagliata degli errori.
Sensore di temperatura a microcontrollore per la misurazione della distanza ad ultrasuoni
Con lo sviluppo della società, le persone hanno requisiti sempre più elevati per la misurazione della distanza o della lunghezza. Si presta sempre più attenzione alla misurazione ultrasonica a causa della sua misurazione senza contatto e della precisione relativamente elevata. Il telemetro ad ultrasuoni progettato in questo documento può testare diverse distanze ed eseguire un'analisi dettagliata degli errori.
1. Principio di progettazione
Il telemetro ad ultrasuoni si basa sulle caratteristiche delle onde ultrasoniche riflesse quando incontrano ostacoli. Il trasmettitore ultrasonico emette onde ultrasoniche in una certa direzione e inizia a cronometrare contemporaneamente all'emissione. Le onde ultrasoniche si propagano nell'aria e ritornano immediatamente quando incontrano ostacoli sulla strada, e il ricevitore ultrasonico interrompe immediatamente e interrompe il cronometraggio quando riceve l'onda riflessa. Rilevando continuamente gli echi riflessi dagli ostacoli dopo l'emissione delle onde generate, viene misurata la differenza di tempo T tra le onde ultrasoniche emesse e gli echi ricevuti, quindi viene calcolata la distanza L. La formula base per l'intervallo è: L=(△t/2)*C
Dove L - la distanza da misurare
T - l'intervallo di tempo tra l'onda trasmessa e l'onda riflessa
C——La velocità del suono delle onde ultrasoniche nell'aria, che è considerata pari a 340 m/s a temperatura ambiente
Dopo aver determinato la velocità del suono, L può essere ottenuto misurando il tempo di andata e ritorno delle onde ultrasoniche.
2. Obiettivo di progettazione del telemetro ad ultrasuoni
Distanza di misurazione: entro 5 metri; la distanza tra due punti può essere visualizzata correttamente tramite il LED; l'errore è inferiore al 5%.
3. Misurazione e analisi dei dati
1. Misurazione e analisi dei dati
A causa delle limitazioni del lavoro di misurazione effettivo, per la misurazione sono state selezionate sei distanze di 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm e 100 cm al di sotto di un metro e ciascuna distanza è stata misurata sette volte in modo continuo per ottenere i dati di misurazione (temperatura: 29 grado ), come mostrato nella tabella. Si può vedere dai dati nella tabella che il valore misurato è generalmente di qualche centimetro più grande del valore effettivo, ma la precisione della misurazione continua è relativamente alta.
Per ogni insieme di dati misurati, vengono rimossi un valore massimo e un valore minimo, quindi viene calcolato il valore medio, che viene utilizzato come dati di misurazione finali, e infine viene eseguita l'analisi comparativa. Questa elaborazione dei dati ha anche un certo grado di scienza e razionalità. Dai dati della tabella, sebbene la compensazione della temperatura sia stata effettuata sull'onda ultrasonica, l'errore relativo è relativamente grande nella misurazione di una distanza relativamente breve. Soprattutto per la misurazione della distanza di 30 cm e 50 cm, gli errori relativi hanno raggiunto rispettivamente il 5% e il 4,8%. Ma da tutti i risultati delle misurazioni, l'errore di questo progetto è relativamente piccolo e relativamente stabile. L'area cieca di questo design è di circa 22,6 cm, che sostanzialmente soddisfa i requisiti di progettazione.
2. Analisi degli errori
L'errore di distanza deriva principalmente dai seguenti aspetti:
(1) Esiste un certo angolo tra la sonda di trasmissione e ricezione ultrasonica e il punto misurato, che influisce direttamente sul valore massimo della distanza di misurazione; (2) L'intensità del suono dell'eco ultrasonico è direttamente correlata alla distanza da misurare, quindi la misurazione effettiva non è necessariamente un innesco zero-crossing di un'eco; (3) A causa degli strumenti grezzi, anche la distanza di misurazione effettiva presenta errori. Ci sono molti fattori che influenzano l'errore di misurazione, tra cui l'interferenza dell'ambiente di campo, la frequenza degli impulsi della base dei tempi e così via.
4. Analisi dell'applicazione
L'uso degli ultrasuoni per misurare la distanza dal suolo nell'atmosfera è una tecnologia che è stata formalmente applicata solo dopo lo sviluppo della moderna tecnologia elettronica. Poiché la misurazione ultrasonica è una tecnologia di rilevamento senza contatto, non è influenzata dalla luce, dal colore dell'oggetto misurato, ecc. e può essere utilizzata in ambienti difficili. (come contenere polvere) ha una certa adattabilità. Pertanto, è estremamente versatile. Ad esempio: il rilevamento e la mappatura di mappe topografiche, la costruzione di case, ponti, strade, lo scavo di miniere, pozzi petroliferi, ecc., utilizzando le onde ultrasoniche per misurare le distanze dal suolo è ottenuto utilizzando la tecnologia fotoelettrica. I vantaggi dei telemetri ad ultrasuoni sono: il costo dello strumento è inferiore a quello dei telemetri a onde luminose Basso, risparmio di manodopera, facile da usare.
I telemetri ad ultrasuoni sono utilizzati anche nella tecnologia robotica avanzata. La sorgente di ultrasuoni è installata sul robot, che emette continuamente onde ultrasoniche nell'ambiente circostante e riceve contemporaneamente echi riflessi da ostacoli per determinare la posizione del robot e la utilizza come sensore per controllare il robot. computer e così via. Poiché le onde ultrasoniche sono di facile emissione direzionale, buona direzionalità e facile controllo dell'intensità, il suo valore applicativo è stato ampiamente apprezzato.
In una parola, dall'analisi di cui sopra si può vedere che l'uso della misurazione ultrasonica presenta molti vantaggi sotto molti aspetti. Pertanto, la ricerca di questo argomento è molto pratica e commercialmente preziosa.
