Ultralydsafstandsmålerdesign og applikationsanalyse
Dette papir bruger forholdet mellem afstand og tid i ultralydstransmission og bruger AT89C51 single-chip mikrocomputer til kontrol og databehandling, og designer en ultralydsafstandsmåler, der kan måle afstanden mellem to punkter. Afstandsmåleren er hovedsageligt sammensat af et ultralydstransmitterkredsløb, et ultralydsmodtagerkredsløb, et enkelt-chip mikrocomputerkontrolkredsløb, et omgivelsestemperaturregistreringskredsløb og et displaykredsløb. Ved hjælp af den designede ultralydsafstandsmåler testes forskellige afstande, og der udføres en detaljeret fejlanalyse.
Ultralydsafstandsmåling mikrocontroller temperatursensor
Med samfundsudviklingen stiller mennesker højere og højere krav til afstands- eller længdemåling. Der lægges mere og mere vægt på ultralydsmåling på grund af dens berøringsfri måling og relativt høje præcision. Ultralydsafstandsmåleren designet i dette papir kan teste forskellige afstande og udføre detaljeret fejlanalyse.
1. Designprincip
Ultralydsafstandsmåler er baseret på egenskaberne for ultralydsbølger, der reflekteres tilbage, når de støder på forhindringer. Ultralydssenderen udsender ultralydsbølger i en bestemt retning og starter timingen samtidig med emissionen. Ultralydsbølgerne forplanter sig i luften, og vender straks tilbage, når de støder på forhindringer på vejen, og ultralydsmodtageren afbryder og stopper med det samme timingen, når den modtager den reflekterede bølge. Ved kontinuerligt at detektere de ekkoer, der reflekteres af forhindringer, efter at de genererede bølger er udsendt, måles tidsforskellen T mellem de udsendte ultralydsbølger og de modtagne ekkoer, og derefter beregnes afstanden L. Den grundlæggende intervalformel er: L=(△t/2)*C
Hvor L - afstanden, der skal måles
T - tidsintervallet mellem den transmitterede bølge og den reflekterede bølge
C——Lydens hastighed af ultralydsbølger i luft, som tages som 340m/s ved stuetemperatur
Efter at lydens hastighed er bestemt, kan L opnås ved at måle ultralydsbølgernes rundturstid.
2. Designmål med ultralydsafstandsmåler
Måleafstand: inden for 5 meter; afstanden mellem to punkter kan vises korrekt gennem LED'en; fejlen er mindre end 5 procent.
3. Datamåling og analyse
1. Datamåling og analyse
På grund af begrænsningerne i selve målearbejdet blev seks afstande på 30cm, 50cm, 70cm, 80cm, 90cm og 100cm under en meter valgt til måling, og hver afstand blev målt syv gange kontinuerligt for at opnå måledata (temperatur: 29 grad ), som vist i tabellen. Det kan ses af dataene i tabellen, at den målte værdi generelt er et par centimeter større end den faktiske værdi, men nøjagtigheden af kontinuerlig måling er relativt høj.
For hvert sæt af målte data fjernes en maksimumværdi og en minimumsværdi, og derefter beregnes gennemsnitsværdien, som bruges som endelige måledata, og til sidst udføres sammenlignende analyse. Denne behandling af data har også en vis grad af videnskab og rationalitet. Ud fra dataene i tabellen, selvom temperaturkompensationen er udført på ultralydsbølgen, er den relative fejl relativt stor ved måling af en relativt kort afstand. Specielt for afstandsmålingen på 30 cm og 50 cm nåede de relative fejl op på henholdsvis 5 procent og 4,8 procent. Men ud fra alle måleresultaterne er fejlen i dette design relativt lille og relativt stabil. Det blinde område af dette design er omkring 22,6 cm, hvilket grundlæggende opfylder designkravene.
2. Fejlanalyse
Afstandsfejlen kommer hovedsageligt fra følgende aspekter:
(1) Der er en vis vinkel mellem den ultralyds sende- og modtagesonde og det målte punkt, som direkte påvirker den maksimale værdi af måleafstanden; (2) Ultralydsekkoets lydintensitet er direkte relateret til afstanden, der skal måles, så den faktiske måling Det er ikke nødvendigvis en nul-gennemgang udløser af et ekko; (3) På grund af de rå værktøjer har den faktiske måleafstand også fejl. Der er mange faktorer, der påvirker målefejlen, herunder feltmiljøinterferens, tidsbasepulsfrekvens og så videre.
4. Anvendelsesanalyse
Brugen af ultralyd til at måle jordafstanden i atmosfæren er en teknologi, der først formelt er blevet anvendt efter udviklingen af moderne elektronisk teknologi. Da ultralydsmåling er en berøringsfri detektionsteknologi, påvirkes den ikke af lys, farven på det målte objekt osv. og kan bruges i barske miljøer. (såsom at indeholde støv) har en vis tilpasningsevne. Derfor er den ekstremt alsidig. For eksempel: opmåling og kortlægning af topografiske kort, bygning af huse, broer, veje, gravning af miner, oliebrønde osv., ved hjælp af ultralydsbølger til at måle jordafstande opnås ved hjælp af fotoelektrisk teknologi. Fordelene ved ultralydsafstandsmålere er: Prisen på instrumentet er lavere end for lysbølgeafstandsmålere Lav, arbejdsbesparende, nem at betjene.
Ultralydsafstandsmålere bruges også i avanceret robotteknologi. Ultralydskilden er installeret på robotten, som kontinuerligt udsender ultralydsbølger til omgivelserne og samtidig modtager ekkoer reflekteret af forhindringer for at bestemme robottens egen position, og bruger den som sensor til at styre robotten. computer og så videre. Fordi ultralydsbølger er lette til retningsbestemt emission, god retningsbestemthed og nem styring af intensiteten, er dens anvendelsesværdi blevet meget værdsat.
Kort sagt kan det ses fra ovenstående analyse, at brug af ultralydsmåling har mange fordele i mange aspekter. Derfor er forskningen i dette emne meget praktisk og kommercielt værdifuld.
