Diseño y análisis de aplicaciones del distanciómetro ultrasónico.
1. Principios de diseño
Los telémetros ultrasónicos miden basándose en las características de las ondas ultrasónicas reflejadas cuando encuentran obstáculos. El transmisor ultrasónico emite ondas ultrasónicas en una dirección determinada y comienza a cronometrar al mismo tiempo. Las ondas ultrasónicas se propagan en el aire y regresan inmediatamente cuando encuentran obstáculos en el camino. Cuando el receptor ultrasónico recibe las ondas reflejadas, inmediatamente interrumpe y detiene el cronometraje. Al detectar continuamente el eco reflejado por el obstáculo después de que se emite la onda generada, se mide la diferencia de tiempo T entre la transmisión de la onda ultrasónica y la recepción del eco, y luego se calcula la distancia L. La fórmula de rango básica es: L=(△t/2)*C
Donde L--la distancia a medir
T--El intervalo de tiempo entre la onda transmitida y la onda reflejada
C--La velocidad del sonido de las ondas ultrasónicas en el aire, que se considera 340 m/s a temperatura ambiente.
Una vez determinada la velocidad del sonido, se puede obtener L midiendo el tiempo de ida y vuelta de la onda ultrasónica.
2. Objetivos de diseño del telémetro ultrasónico
Distancia de medición: dentro de un rango de 5 metros; la distancia entre dos puntos se puede mostrar correctamente a través del LED; el error es inferior al 5%.
3. Medición y análisis de datos
Medición y análisis de datos.
Debido a las limitaciones del trabajo de medición real, finalmente se seleccionaron para medir seis distancias de 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm y 100 cm por debajo de un metro. Cada distancia se midió siete veces seguidas para obtener los datos de medición (temperatura: 29 grados), como se muestra en la tabla. De los datos de la tabla se puede ver que los valores medidos son generalmente varios centímetros más grandes que los valores reales, pero la precisión de las mediciones continuas sigue siendo relativamente alta.
Elimine un valor máximo y un valor mínimo de cada conjunto de datos medidos y luego encuentre el valor promedio, que se utiliza como datos de medición finales, y finalmente realice un análisis comparativo. Procesar datos de esta manera también tiene un cierto grado de cientificidad y racionalidad. A juzgar por los datos de la tabla, aunque la onda ultrasónica tiene compensación de temperatura, su error relativo es relativamente grande en mediciones a distancias relativamente cercanas. Especialmente para la medición de distancias de 30 cm y 50 cm, los errores relativos alcanzaron el 5% y el 4,8% respectivamente. Sin embargo, a juzgar por todos los resultados de las mediciones, los errores de este diseño son relativamente pequeños y relativamente estables. El área ciega de este diseño es de aproximadamente 22,6 cm, lo que básicamente cumple con los requisitos de diseño.
Análisis de errores
Los errores de rango provienen principalmente de los siguientes aspectos:
(1) Existe un cierto ángulo entre la sonda de transmisión y recepción de ultrasonidos y el punto medido, que afecta directamente el valor de la distancia medida; (2) La intensidad del eco ultrasónico está directamente relacionada con la distancia a medir, por lo que durante la medición real, no necesariamente se activa por el punto de cruce por cero del primer eco; (3) Debido a las herramientas rudimentarias, la distancia real medida también tiene errores. Hay muchos factores que afectan los errores de medición, incluida la interferencia ambiental en el sitio, la frecuencia del pulso de la base de tiempo, etc.
