การออกแบบเครื่องค้นหาช่วงอัลตราโซนิกและการวิเคราะห์แอปพลิเคชัน
บทความนี้ใช้ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางและเวลาในการส่งสัญญาณอัลตราโซนิก และใช้ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว AT89C51 สำหรับการควบคุมและการประมวลผลข้อมูล และออกแบบเครื่องวัดระยะอัลตราโซนิกที่สามารถวัดระยะห่างระหว่างจุดสองจุดได้ เครื่องวัดระยะส่วนใหญ่ประกอบด้วยวงจรเครื่องส่งสัญญาณอัลตราโซนิก วงจรเครื่องรับอัลตราโซนิก วงจรควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว วงจรตรวจจับอุณหภูมิโดยรอบ และวงจรแสดงผล เมื่อใช้เครื่องวัดระยะอัลตราโซนิกที่ออกแบบมา ระยะทางต่างๆ จะได้รับการทดสอบ และดำเนินการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดโดยละเอียด
อัลตราโซนิกเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไมโครคอนโทรลเลอร์วัดระยะทาง
ด้วยการพัฒนาของสังคม ผู้คนมีความต้องการการวัดระยะทางหรือความยาวที่สูงขึ้นเรื่อยๆ ช่วงอัลตราโซนิกได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากการวัดแบบไม่สัมผัสและความแม่นยำที่ค่อนข้างสูง เครื่องหาระยะอัลตราโซนิกที่ออกแบบในบทความนี้สามารถทดสอบระยะทางต่างๆ และทำการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดโดยละเอียดได้
1. หลักการออกแบบ
Ultrasonic rangefinder ขึ้นอยู่กับลักษณะของคลื่น ultrasonic ที่สะท้อนกลับเมื่อพบสิ่งกีดขวาง เครื่องส่งสัญญาณอัลตราโซนิกจะปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกในทิศทางที่แน่นอน และเริ่มจับเวลาในเวลาเดียวกันกับที่ปล่อย คลื่นอัลตราโซนิกแพร่กระจายไปในอากาศและกลับมาทันทีเมื่อพบสิ่งกีดขวางระหว่างทาง และตัวรับอัลตราโซนิกจะขัดจังหวะและหยุดจังหวะทันทีเมื่อได้รับคลื่นที่สะท้อนกลับ ด้วยการตรวจจับเสียงสะท้อนที่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางอย่างต่อเนื่องหลังจากปล่อยคลื่นที่สร้างขึ้นแล้ว วัดความแตกต่างของเวลา T ระหว่างคลื่นอัลตราโซนิกที่ปล่อยออกมากับเสียงสะท้อนที่ได้รับ จากนั้นจึงคำนวณระยะทาง L สูตรการวัดค่าพื้นฐานคือ: L=(△t/2)*C
โดยที่ L - ระยะทางที่จะวัด
T - ช่วงเวลาระหว่างคลื่นที่ส่งและคลื่นสะท้อน
C——ความเร็วของเสียงของคลื่นอัลตราโซนิกในอากาศ ซึ่งมีค่าเท่ากับ 340m/s ที่อุณหภูมิห้อง
หลังจากกำหนดความเร็วของเสียงแล้ว สามารถหาค่า L ได้โดยการวัดเวลาไป-กลับของคลื่นอัลตราโซนิก
2. เป้าหมายการออกแบบเครื่องหาระยะอัลตราโซนิก
ระยะการวัด: ภายใน 5 เมตร; ระยะห่างระหว่างจุดสองจุดสามารถแสดงได้อย่างถูกต้องผ่าน LED ข้อผิดพลาดน้อยกว่า 5 เปอร์เซ็นต์
3. การวัดและวิเคราะห์ข้อมูล
1. การวัดและวิเคราะห์ข้อมูล
เนื่องจากข้อจำกัดของงานวัดจริง การวัดระยะทางหกระยะคือ 30 ซม. 50 ซม. 70 ซม. 80 ซม. 90 ซม. และ 100 ซม. และแต่ละระยะจะถูกวัดเจ็ดครั้งอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้ข้อมูลการวัด (อุณหภูมิ: 29 องศา ) ดังตาราง จากข้อมูลในตารางจะเห็นว่าค่าที่วัดได้โดยทั่วไปจะมากกว่าค่าจริงไม่กี่เซนติเมตร แต่ความแม่นยำของการวัดแบบต่อเนื่องนั้นค่อนข้างสูง
สำหรับชุดข้อมูลที่วัดได้แต่ละชุด ค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดจะถูกลบออก จากนั้นจึงคำนวณค่าเฉลี่ย ซึ่งใช้เป็นข้อมูลการวัดขั้นสุดท้าย และดำเนินการวิเคราะห์เปรียบเทียบในที่สุด การประมวลผลข้อมูลนี้มีวิทยาศาสตร์และเหตุผลในระดับหนึ่ง จากข้อมูลในตาราง แม้ว่าจะมีการชดเชยอุณหภูมิบนคลื่นอัลตราโซนิกแล้ว แต่ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์นั้นค่อนข้างใหญ่ในการวัดระยะทางที่ค่อนข้างสั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดระยะทาง 30 ซม. และ 50 ซม. ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์สูงถึง 5 เปอร์เซ็นต์และ 4.8 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ แต่จากผลการวัดทั้งหมด ข้อผิดพลาดของการออกแบบนี้ค่อนข้างน้อยและค่อนข้างคงที่ พื้นที่บอดของการออกแบบนี้มีขนาดประมาณ 22.6 ซม. ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบโดยทั่วไป
2. การวิเคราะห์ข้อผิดพลาด
ข้อผิดพลาดตั้งแต่ส่วนใหญ่มาจากประเด็นต่อไปนี้:
(1) มีมุมที่แน่นอนระหว่างโพรบส่งและรับอัลตราโซนิกกับจุดที่วัด ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อค่าสูงสุดของระยะการวัด (2) ความเข้มของเสียงสะท้อนแบบอัลตราโซนิกเกี่ยวข้องโดยตรงกับระยะทางที่จะวัด ดังนั้นการวัดจริงจึงไม่จำเป็นต้องมีการข้ามศูนย์ของเสียงสะท้อน (3) เนื่องจากเครื่องมือหยาบ ระยะการวัดจริงจึงมีข้อผิดพลาดเช่นกัน มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อข้อผิดพลาดในการวัด รวมถึงการรบกวนสภาพแวดล้อมของสนาม ความถี่พัลส์ฐานเวลา และอื่นๆ
4. การวิเคราะห์แอปพลิเคชัน
การใช้อัลตราซาวนด์เพื่อวัดระยะทางพื้นดินในชั้นบรรยากาศเป็นเทคโนโลยีที่ถูกนำมาใช้อย่างเป็นทางการหลังจากการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่เท่านั้น เนื่องจากช่วงอัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีการตรวจจับแบบไม่สัมผัส จึงไม่ได้รับผลกระทบจากแสง สีของวัตถุที่วัดได้ ฯลฯ และสามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ (เช่นที่มีฝุ่น) มีความสามารถในการปรับตัวบางอย่าง ดังนั้นจึงมีความหลากหลายอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น: การสำรวจและทำแผนที่แผนที่ภูมิประเทศ การสร้างบ้าน สะพาน ถนน การขุดเหมือง บ่อน้ำมัน ฯลฯ โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อวัดระยะห่างจากพื้นดินโดยใช้เทคโนโลยีโฟโตอิเล็กทริก ข้อดีของเครื่องวัดระยะแบบอัลตราโซนิกคือ: ต้นทุนของอุปกรณ์ต่ำกว่าเครื่องวัดระยะด้วยคลื่นแสง ต่ำ ประหยัดแรงงาน ใช้งานง่าย
เครื่องวัดระยะแบบอัลตราโซนิกยังใช้ในเทคโนโลยีหุ่นยนต์ขั้นสูงอีกด้วย แหล่งกำเนิดอัลตราโซนิกถูกติดตั้งบนหุ่นยนต์ ซึ่งจะปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกออกสู่สิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง และรับเสียงสะท้อนที่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางเพื่อกำหนดตำแหน่งของหุ่นยนต์ และใช้เป็นเซ็นเซอร์ในการควบคุมหุ่นยนต์ คอมพิวเตอร์และอื่น ๆ เนื่องจากคลื่นอัลตราโซนิกนั้นปล่อยออกตามทิศทางได้ง่าย มีทิศทางที่ดี และควบคุมความเข้มได้ง่าย จึงมีค่าการใช้งานของมันอย่างกว้างขวาง
จากการวิเคราะห์ข้างต้นสามารถเห็นได้ว่าการใช้อัลตราโซนิกมีข้อดีหลายประการในหลายด้าน ดังนั้นการวิจัยในหัวข้อนี้จึงเป็นประโยชน์และมีคุณค่าในเชิงพาณิชย์
