Ultraheli kauguseotsija disain ja rakenduste analüüs
Selles artiklis kasutatakse ultraheli edastamisel kauguse ja aja vahelist suhet ning juhtimiseks ja andmetöötluseks AT89C51 ühekiibist mikroarvutit ning kavandatakse ultraheli kaugusmõõdik, mis suudab mõõta kahe punkti vahelist kaugust. Kaugusmõõdik koosneb peamiselt ultraheli saatja ahelast, ultraheli vastuvõtja ahelast, ühe kiibiga mikroarvuti juhtimisahelast, ümbritseva õhu temperatuuri tuvastamise ahelast ja kuvaahelast. Disainitud ultraheli kaugusmõõturi abil testitakse erinevaid vahemaid ja viiakse läbi üksikasjalik veaanalüüs.
Ultraheli kaugust mõõtev mikrokontrolleri temperatuuriandur
Ühiskonna arenguga on inimestel järjest kõrgemad nõuded kauguse või pikkuse mõõtmisele. Ultraheli kauguse määramisele pööratakse üha rohkem tähelepanu selle kontaktivaba mõõtmise ja suhteliselt suure täpsuse tõttu. Selles artiklis kavandatud ultraheli kaugusmõõtja saab testida erinevaid vahemaid ja teha üksikasjalikku veaanalüüsi.
1. Disaini põhimõte
Ultraheli kaugusmõõtja põhineb takistustega kokku puutudes tagasi peegelduvate ultrahelilainete omadustel. Ultrahelisaatja kiirgab ultrahelilaineid kindlas suunas ja alustab ajastust emissiooniga samal ajal. Ultrahelilained levivad õhus ja naasevad teel takistustega kokku puutudes kohe ning ultrahelivastuvõtja katkestab ja peatab peegeldunud laine vastuvõtmisel viivitamatult ajastuse. Pidevalt tuvastades pärast tekitatud lainete väljasaatmist takistustelt peegelduvaid kajasid, mõõdetakse kiiratavate ultrahelilainete ja vastuvõetud kajade ajavahe T ning seejärel arvutatakse kaugus L. Põhiline vahemiku valem on: L=(△t/2)*C
Kus L - mõõdetav vahemaa
T - ajavahemik edastatava laine ja peegeldunud laine vahel
C — ultraheli lainete heli kiirus õhus, mis on toatemperatuuril 340 m/s
Pärast helikiiruse määramist saab L saada ultrahelilainete edasi-tagasi aja mõõtmisega.
2. Ultraheli kaugusmõõtja disaini eesmärk
Mõõtekaugus: 5 meetri piires; kahe punkti kaugust saab õigesti kuvada läbi LED-i; viga on alla 5 protsendi.
3. Andmete mõõtmine ja analüüs
1. Andmete mõõtmine ja analüüs
Tegeliku mõõtmistöö piirangute tõttu valiti mõõtmiseks kuus kaugust 30cm, 50cm, 70cm, 80cm, 90cm ja 100cm alla ühe meetri ning iga kaugust mõõdeti mõõtmisandmete saamiseks pidevalt seitse korda (temperatuur: 29 kraadi ), nagu on näidatud tabelis. Tabeli andmetest on näha, et mõõdetud väärtus on üldjuhul paar sentimeetrit tegelikust suurem, kuid pideva mõõtmise täpsus on suhteliselt kõrge.
Iga mõõdetud andmete komplekti puhul eemaldatakse maksimaalne ja minimaalne väärtus ning seejärel arvutatakse keskmine väärtus, mida kasutatakse lõplike mõõtmisandmetena, ja lõpuks viiakse läbi võrdlev analüüs. Sellel andmete töötlemisel on ka teatud määral teaduslikkust ja ratsionaalsust. Tabeli andmetest nähtub, et kuigi temperatuuri kompenseerimine on teostatud ultrahelilainel, on suhteline viga suhteliselt väikese vahemaa mõõtmisel suhteliselt suur. Eriti 30 cm ja 50 cm kauguse mõõtmisel ulatusid suhtelised vead vastavalt 5 protsendini ja 4,8 protsendini. Kuid kõigi mõõtmistulemuste põhjal on selle konstruktsiooni viga suhteliselt väike ja suhteliselt stabiilne. Selle disaini pimeala on umbes 22,6 cm, mis vastab põhimõtteliselt disaininõuetele.
2. Veaanalüüs
Vahemiku viga tuleneb peamiselt järgmistest aspektidest:
(1) Ultraheli saate- ja vastuvõtusondi ning mõõdetud punkti vahel on teatud nurk, mis mõjutab otseselt mõõtmiskauguse maksimaalset väärtust; (2) Ultraheli kajaheli intensiivsus on otseselt seotud mõõdetava kaugusega, nii et tegelik mõõtmine ei pruugi olla kaja nulliületus; (3) Toortööriistade tõttu on tegelikul mõõtmiskaugusel ka vigu. Mõõtmisviga mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas välikeskkonna häired, aja baasimpulsi sagedus ja nii edasi.
4. Rakenduse analüüs
Ultraheli kasutamine maapinna kauguse mõõtmiseks atmosfääris on tehnoloogia, mis on ametlikult kasutusele võetud alles pärast kaasaegse elektroonikatehnoloogia väljatöötamist. Kuna ultraheli ulatuse määramine on kontaktivaba tuvastustehnoloogia, ei mõjuta seda valgus, mõõdetava objekti värvus jne ning seda saab kasutada karmides keskkondades. (näiteks tolmu sisaldav) on teatud kohanemisvõimega. Seetõttu on see äärmiselt mitmekülgne. Näiteks: topograafiliste kaartide mõõdistamine ja kaardistamine, majade, sildade, teede ehitamine, kaevanduste, naftapuuraukude jms kaevamine, ultrahelilainete kasutamine maapinna kauguste mõõtmiseks saavutatakse fotoelektritehnoloogia abil. Ultraheli kaugusmõõdikute eelised on järgmised: instrumendi maksumus on madalam kui valguslaine kaugusmõõtjatel Madal, tööjõusäästlik, lihtne kasutada.
Ultraheli kaugusmõõtjaid kasutatakse ka täiustatud robottehnoloogias. Ultraheliallikas on paigaldatud robotile, mis kiirgab pidevalt ümbritsevasse ultrahelilaineid ja võtab samaaegselt vastu takistustelt peegelduvaid kajasid, et määrata roboti enda asukoht ning kasutab seda sensorina roboti juhtimiseks. arvuti ja nii edasi. Kuna ultrahelilaineid on lihtne suunata, neil on hea suund ja intensiivsust on lihtne reguleerida, on selle rakendusväärtust laialdaselt hinnatud.
Ühesõnaga, ülaltoodud analüüsist on näha, et ultraheli kauguse määramisel on paljudes aspektides palju eeliseid. Seetõttu on selle teema uurimine väga praktiline ja äriliselt väärtuslik.
