Conception de télémètres à ultrasons et analyse des applications
Cet article utilise la relation entre la distance et le temps dans la transmission ultrasonore et utilise un micro-ordinateur monopuce AT89C51 pour le contrôle et le traitement des données, et conçoit un télémètre à ultrasons capable de mesurer la distance entre deux points. Le télémètre est principalement composé d'un circuit émetteur à ultrasons, d'un circuit récepteur à ultrasons, d'un circuit de commande à micro-ordinateur monopuce, d'un circuit de détection de température ambiante et d'un circuit d'affichage. À l'aide du télémètre à ultrasons conçu, différentes distances sont testées et une analyse détaillée des erreurs est effectuée.
Capteur de température à microcontrôleur de mesure de distance à ultrasons
Avec le développement de la société, les gens ont des exigences de plus en plus élevées en matière de mesure de distance ou de longueur. La télémétrie par ultrasons fait l'objet de plus en plus d'attention en raison de sa mesure sans contact et de sa précision relativement élevée. Le télémètre à ultrasons conçu dans cet article peut tester différentes distances et effectuer une analyse détaillée des erreurs.
1. Principe de conception
Le télémètre à ultrasons est basé sur les caractéristiques des ondes ultrasonores réfléchies lors de la rencontre d'obstacles. L'émetteur à ultrasons émet des ondes ultrasonores dans une certaine direction et commence à chronométrer en même temps que l'émission. Les ondes ultrasonores se propagent dans l'air et reviennent immédiatement lorsqu'elles rencontrent des obstacles sur le chemin, et le récepteur à ultrasons interrompt immédiatement et arrête de chronométrer lorsqu'il reçoit l'onde réfléchie. En détectant en continu les échos réfléchis par les obstacles après l'émission des ondes générées, on mesure l'écart temporel T entre les ondes ultrasonores émises et les échos reçus, puis on calcule la distance L. La formule de plage de base est la suivante : L=(△t/2)*C
Où L - la distance à mesurer
T - l'intervalle de temps entre l'onde transmise et l'onde réfléchie
C——La vitesse du son des ondes ultrasonores dans l'air, qui est prise comme 340m/s à température ambiante
Une fois la vitesse du son déterminée, L peut être obtenue en mesurant le temps d'aller-retour des ondes ultrasonores.
2. Objectif de conception du télémètre à ultrasons
Distance de mesure : moins de 5 mètres ; la distance entre deux points peut être affichée correctement à travers la LED ; l'erreur est inférieure à 5 %.
3. Mesure et analyse des données
1. Mesure et analyse des données
En raison des limites du travail de mesure réel, six distances de 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm et 100 cm en dessous d'un mètre ont été sélectionnées pour la mesure, et chaque distance a été mesurée sept fois en continu pour obtenir les données de mesure (température : 29 degré ), comme indiqué dans le tableau. Il ressort des données du tableau que la valeur mesurée est généralement supérieure de quelques centimètres à la valeur réelle, mais la précision de la mesure continue est relativement élevée.
Pour chaque ensemble de données mesurées, une valeur maximale et une valeur minimale sont supprimées, puis la valeur moyenne est calculée, qui est utilisée comme données de mesure finales, et enfin une analyse comparative est effectuée. Ce traitement des données a aussi un certain degré de science et de rationalité. D'après les données du tableau, bien que la compensation de température ait été effectuée sur l'onde ultrasonore, l'erreur relative est relativement importante dans la mesure d'une distance relativement courte. Surtout pour la mesure de distance de 30 cm et 50 cm, les erreurs relatives ont atteint respectivement 5 % et 4,8 %. Mais d'après tous les résultats de mesure, l'erreur de cette conception est relativement faible et relativement stable. La zone aveugle de cette conception est d'environ 22,6 cm, ce qui répond essentiellement aux exigences de conception.
2. Analyse des erreurs
L'erreur de télémétrie provient principalement des aspects suivants :
(1) Il existe un certain angle entre la sonde de transmission et de réception ultrasonique et le point mesuré, ce qui affecte directement la valeur maximale de la distance de mesure ; (2) L'intensité sonore de l'écho ultrasonique est directement liée à la distance à mesurer, de sorte que la mesure réelle n'est pas nécessairement un déclencheur de passage à zéro d'un écho ; (3) En raison des outils rudimentaires, la distance de mesure réelle comporte également des erreurs. De nombreux facteurs affectent l'erreur de mesure, notamment les interférences de l'environnement de champ, la fréquence d'impulsion de la base de temps, etc.
4. Analyse des candidatures
L'utilisation des ultrasons pour mesurer la distance au sol dans l'atmosphère est une technologie qui n'a été formellement appliquée qu'après le développement de la technologie électronique moderne. Étant donné que la télémétrie par ultrasons est une technologie de détection sans contact, elle n'est pas affectée par la lumière, la couleur de l'objet mesuré, etc., et peut être utilisée dans des environnements difficiles. (comme contenir de la poussière) a une certaine adaptabilité. Par conséquent, il est extrêmement polyvalent. Par exemple: l'arpentage et la cartographie des cartes topographiques, la construction de maisons, de ponts, de routes, le creusement de mines, de puits de pétrole, etc., l'utilisation d'ondes ultrasonores pour mesurer les distances au sol est réalisée à l'aide de la technologie photoélectrique. Les avantages des télémètres à ultrasons sont les suivants : le coût de l'instrument est inférieur à celui des télémètres à ondes lumineuses Faible, économie de main-d'œuvre, facile à utiliser.
Les télémètres à ultrasons sont également utilisés dans la technologie robotique avancée. La source ultrasonore est installée sur le robot, qui émet en continu des ondes ultrasonores vers l'environnement et reçoit simultanément des échos réfléchis par des obstacles pour déterminer la propre position du robot, et l'utilise comme capteur pour contrôler le robot. ordinateur et ainsi de suite. Parce que les ondes ultrasonores sont faciles à émettre directionnellement, avec une bonne directivité et un contrôle facile de l'intensité, sa valeur d'application a été largement appréciée.
En un mot, il ressort de l'analyse ci-dessus que l'utilisation de la télémétrie par ultrasons présente de nombreux avantages à bien des égards. Par conséquent, la recherche sur ce sujet est très pratique et commercialement précieuse.
