초음파 거리 측정기 설계 및 응용 분석

초음파 거리 측정기 설계 및 응용 분석

본 논문은 초음파 전송에서 거리와 시간의 관계를 이용하여 AT89C51 단일 칩 마이크로컴퓨터를 제어 및 데이터 처리에 사용하고 두 지점 사이의 거리를 측정할 수 있는 초음파 거리계를 설계한다. 거리계는 주로 초음파 송신기 회로, 초음파 수신기 회로, 단일 칩 마이크로 컴퓨터 제어 회로, 주변 온도 감지 회로 및 디스플레이 회로로 구성됩니다. 설계된 초음파 거리계를 사용하여 다양한 거리를 테스트하고 자세한 오류 분석을 수행합니다.

초음파 거리 측정 마이크로컨트롤러 온도 센서
사회가 발전함에 따라 사람들은 거리 또는 길이 측정에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 초음파 측정은 비접촉식 측정과 상대적으로 높은 정밀도로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 이 백서에서 설계한 초음파 거리 측정기는 다양한 거리를 테스트하고 자세한 오류 분석을 수행할 수 있습니다.

1. 디자인 원칙
초음파 거리계는 장애물을 만났을 때 반사되는 초음파의 특성을 기반으로 합니다. 초음파 발신기는 일정한 방향으로 초음파를 발산하고 발신과 동시에 타이밍을 시작합니다. 초음파는 공기 중에 전파되어 도중에 장애물을 만나면 즉시 되돌아오고 초음파 수신기는 반사파를 수신하면 즉시 타이밍을 중단하고 정지합니다. 생성된 파동이 방출된 후 장애물에 의해 반사된 에코를 지속적으로 감지하여 방출된 초음파와 수신된 에코 사이의 시간차 T를 측정하고 거리 L을 계산합니다. 기본 범위 지정 공식은 L=(△t/2)*C입니다.
여기서 L - 측정할 거리
T - 전송파와 반사파 사이의 시간 간격
C——상온에서 340m/s로 취한 공기 중 초음파의 음속
음속이 결정된 후 초음파의 왕복 시간을 측정하여 L을 얻을 수 있습니다.

2. 초음파 거리 측정기 설계 목표
측정 거리: 5미터 이내 두 지점 사이의 거리는 LED를 통해 올바르게 표시될 수 있습니다. 오류는 5퍼센트 미만입니다.

3. 데이터 측정 및 분석
1. 데이터 측정 및 분석
실제 측정 작업의 한계로 인해 1m 이하 30cm, 50cm, 70cm, 80cm, 90cm, 100cm의 6개 거리를 선택하여 측정하였으며, 각 거리를 7회 연속 측정하여 측정 데이터(온도: 29 학위 ), 표와 같이. 표의 데이터에서 측정된 값이 일반적으로 실제 값보다 몇 센티미터 더 크지만 연속 측정의 정확도는 상대적으로 높다는 것을 알 수 있습니다.
각 측정 데이터에 대해 최대값과 최소값을 제거한 후 평균값을 계산하여 최종 측정 데이터로 사용하고 최종적으로 비교분석을 수행한다. 이 데이터 처리에는 어느 정도 과학과 합리성이 있습니다. 표의 데이터에서 초음파로 온도보상을 하였으나 상대적으로 짧은 거리의 측정에서 상대오차가 상대적으로 크다. 특히 30cm와 50cm의 거리측정에서 상대오차는 각각 5%와 4.8%에 달했다. 그러나 모든 측정 결과에서 이 디자인의 오류는 상대적으로 작고 상대적으로 안정적입니다. 이 디자인의 사각지대는 약 22.6cm로 기본적으로 디자인 요구 사항을 충족합니다.

2. 오류 분석
범위 오류는 주로 다음과 같은 측면에서 발생합니다.
(1) 초음파 송수신 프로브와 측정 지점 사이에는 측정 거리의 최대 값에 직접적인 영향을 미치는 특정 각도가 있습니다. (2) 초음파 에코음 강도는 측정 거리와 직접적으로 관련되므로 실제 측정 에코의 제로 크로싱 트리거가 반드시 필요한 것은 아닙니다. (3) 조잡한 도구로 인해 실제 측정 거리에도 오차가 있습니다. 필드 환경 간섭, 시간 기반 펄스 주파수 등을 포함하여 측정 오류에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다.

4. 애플리케이션 분석

초음파를 이용하여 대기 중 지상거리를 측정하는 것은 현대 전자기술이 발달한 후에야 비로소 정식으로 적용된 기술이다. 초음파 레인징은 비접촉식 감지 기술이기 때문에 빛, 측정 물체의 색상 등에 영향을 받지 않고 열악한 환경에서도 사용할 수 있다. (먼지 함유와 같은)에는 특정 적응성이 있습니다. 따라서 매우 다재다능합니다. 예를 들어, 초음파를 사용하여 지형도를 측량하고 매핑하고 집, 교량, 도로, 광산, 유정 등을 건설하고 지상 거리를 측정하는 것은 광전 기술을 사용하여 이루어집니다. 초음파 거리 측정기의 장점은 다음과 같습니다. 장비 비용이 광파 거리 측정기보다 낮습니다. 낮고 노동력이 절약되며 조작이 쉽습니다.

초음파 거리 측정기는 고급 로봇 기술에도 사용됩니다. 초음파 소스는 로봇에 설치되어 지속적으로 주변에 초음파를 발산함과 동시에 장애물에 의해 반사된 에코를 수신하여 로봇 자신의 위치를 ​​파악하고 이를 센서로 활용하여 로봇을 제어한다. 컴퓨터 등등. 초음파는 방향성 방출이 용이하고 방향성이 좋고 강도 조절이 용이하여 그 응용가치가 널리 평가되어 왔다.

한마디로 위의 분석에서 초음파 거리 측정을 사용하면 여러 측면에서 많은 이점이 있음을 알 수 있습니다. 따라서 이 주제에 대한 연구는 매우 실용적이고 상업적으로 가치가 있습니다.