Diseño de telémetro ultrasónico y análisis de aplicaciones
Este documento utiliza la relación entre la distancia y el tiempo en la transmisión ultrasónica, y utiliza la microcomputadora de un solo chip AT89C51 para el control y el procesamiento de datos, y diseña un telémetro ultrasónico que puede medir la distancia entre dos puntos. El telémetro se compone principalmente de un circuito transmisor ultrasónico, un circuito receptor ultrasónico, un circuito de control de microcomputadora de un solo chip, un circuito de detección de temperatura ambiente y un circuito de visualización. Usando el telémetro ultrasónico diseñado, se prueban diferentes distancias y se lleva a cabo un análisis detallado de errores.
Sensor de temperatura del microcontrolador de medición de distancia ultrasónico
Con el desarrollo de la sociedad, las personas tienen requisitos cada vez más altos para medir distancias o longitudes. Cada vez se presta más atención al rango ultrasónico debido a su medición sin contacto y su precisión relativamente alta. El telémetro ultrasónico diseñado en este documento puede probar diferentes distancias y realizar un análisis de error detallado.
1. Principio de diseño
El telémetro ultrasónico se basa en las características de las ondas ultrasónicas reflejadas cuando se encuentran con obstáculos. El transmisor ultrasónico emite ondas ultrasónicas en una determinada dirección y comienza a cronometrar al mismo tiempo que la emisión. Las ondas ultrasónicas se propagan en el aire y regresan inmediatamente cuando encuentran obstáculos en el camino, y el receptor ultrasónico interrumpe inmediatamente y deja de cronometrar cuando recibe la onda reflejada. Al detectar continuamente los ecos reflejados por los obstáculos después de que se emiten las ondas generadas, se mide la diferencia de tiempo T entre las ondas ultrasónicas emitidas y los ecos recibidos, 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 toma como 340 m/s a temperatura ambiente
Después de determinar la velocidad del sonido, se puede obtener L midiendo el tiempo de ida y vuelta de las ondas ultrasónicas.
2. Objetivo de diseño del buscador de rango ultrasónico
Distancia de medición: dentro de 5 metros; la distancia entre dos puntos se puede mostrar correctamente a través del LED; el error es menos del 5 por ciento.
3. Medición y análisis de datos
1. Medición y análisis de datos
Debido a las limitaciones del trabajo de medición real, se seleccionaron para la medición seis distancias de 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm y 100 cm por debajo de un metro, y cada distancia se midió siete veces continuamente para obtener los datos de medición (temperatura: 29 grado), como se muestra en la tabla. A partir de los datos de la tabla se puede ver que el valor medido es generalmente unos centímetros más grande que el valor real, pero la precisión de la medición continua es relativamente alta.
Para cada conjunto de datos medidos, se elimina un valor máximo y un valor mínimo, y luego se calcula el valor promedio, que se utiliza como datos de medición finales, y finalmente se lleva a cabo un análisis comparativo. Este procesamiento de datos también tiene un cierto grado de ciencia y racionalidad. De los datos de la tabla, aunque la compensación de temperatura se ha realizado en la onda ultrasónica, el error relativo es relativamente grande en la medición de una distancia relativamente corta. Especialmente para la medición de distancia de 30 cm y 50 cm, los errores relativos alcanzaron el 5 % y el 4,8 % respectivamente. Pero de todos los resultados de la medición, el error de este diseño es relativamente pequeño y relativamente estable. El área ciega de este diseño es de aproximadamente 22,6 cm, lo que básicamente cumple con los requisitos de diseño.
2. Análisis de errores
El error de rango proviene principalmente de los siguientes aspectos:
(1) Hay un cierto ángulo entre la sonda de transmisión y recepción ultrasónica y el punto medido, que afecta directamente el valor máximo de la distancia de medición; (2) La intensidad del sonido del eco ultrasónico está directamente relacionada con la distancia que se va a medir, por lo que la medición real no es necesariamente un disparador de cruce por cero de un eco; (3) Debido a las herramientas rudimentarias, la distancia de medición real también tiene errores. Hay muchos factores que afectan el error de medición, incluida la interferencia del entorno de campo, la frecuencia del pulso de la base de tiempo, etc.
4. Análisis de aplicaciones
El uso de ultrasonido para medir la distancia terrestre en la atmósfera es una tecnología que se ha aplicado formalmente solo después del desarrollo de la tecnología electrónica moderna. Dado que el rango ultrasónico es una tecnología de detección sin contacto, no se ve afectado por la luz, el color del objeto medido, etc., y puede usarse en entornos hostiles. (como contener polvo) tiene una cierta adaptabilidad. Por lo tanto, es extremadamente versátil. Por ejemplo: la topografía y el mapeo de mapas topográficos, la construcción de casas, puentes, carreteras, la excavación de minas, pozos petroleros, etc., utilizando ondas ultrasónicas para medir distancias terrestres se logra utilizando tecnología fotoeléctrica. Las ventajas de los telémetros ultrasónicos son: el costo del instrumento es más bajo que el de los telémetros de onda de luz Bajo, ahorra mano de obra, es fácil de operar.
Los telémetros ultrasónicos también se utilizan en tecnología robótica avanzada. La fuente ultrasónica está instalada en el robot, que emite continuamente ondas ultrasónicas a los alrededores y simultáneamente recibe ecos reflejados por los obstáculos para determinar la posición del robot y lo utiliza como sensor para controlar el robot. computadora y así sucesivamente. Debido a que las ondas ultrasónicas son de fácil emisión direccional, buena direccionalidad y fácil control de la intensidad, su valor de aplicación ha sido ampliamente valorado.
En una palabra, se puede ver a partir del análisis anterior que el uso de rango ultrasónico tiene muchas ventajas en muchos aspectos. Por lo tanto, la investigación de este tema es muy práctica y comercialmente valiosa.
