Tesis de graduación de telémetro ultrasónico basado en microcontrolador

Ejemplos relacionados:

Diseño y análisis de aplicación de distanciómetro ultrasónico basado en microcontrolador

[Resumen] Este artículo utiliza la relación entre distancia y tiempo en la transmisión ultrasónica , Utilizando el microcontrolador AT89C51 para control y procesamiento de datos, se diseña un medidor de distancia ultrasónico que puede medir con precisión la distancia entre dos puntos. El distanciómetro 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. Utilizando el telémetro ultrasónico diseñado, se probaron diferentes distancias y se realizó un análisis de errores detallado.

[Palabras clave] Rango ultrasónico, microcontrolador, sensor de temperatura

Con el desarrollo de la sociedad, las personas tienen requisitos cada vez mayores para la medición de distancias o longitudes. La medición de distancias por ultrasonidos ha atraído cada vez más atención debido a su capacidad para realizar mediciones sin contacto y su precisión relativamente alta. El telémetro ultrasónico diseñado con este diseño puede probar diferentes distancias y realizar análisis de errores detallados.

1. Principio de diseño

Las medidas del telémetro ultrasónico se basan en las características de las ondas ultrasónicas reflejadas al encontrar 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 la onda reflejada, inmediatamente se interrumpe y se detiene. el momento. 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 básica para medir la distancia es: L=(△t/2)*C

Donde L——la distancia a medir

T——entre la onda transmitida y la reflejada onda El intervalo de tiempo

C——La velocidad del sonido de las ondas ultrasónicas en el aire, que se toma como 340 m/s a temperatura normal

Después de determinar la velocidad del sonido. , se puede obtener midiendo el tiempo de ida y vuelta de las ondas ultrasónicas L.

2. Objetivos de diseño del medidor de distancia 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 a 5; %.

3. Medición y análisis de datos

1. Medición y análisis de datos

Debido a las limitaciones del trabajo de medición real, finalmente seleccionamos una altura menor. de un metro en la medición Mida seis distancias de 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm y 100 cm. Cada distancia se mide siete veces continuamente para obtener los datos de medición (temperatura: 29 °C), 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.

Para cada conjunto de datos medidos, elimine un valor máximo y un valor mínimo, y luego encuentre el valor promedio, que se utilizará 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, el error absoluto 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 alcance proviene principalmente de los siguientes aspectos:

(1) Existe una cierta distancia entre la sonda de transmisión y recepción de ultrasonidos. y el punto medido. Este ángulo afecta directamente el valor preciso de la distancia medida (2) La intensidad del sonido del eco ultrasónico está directamente relacionada con la distancia a medir, por lo que durante la medición real, no es necesariamente el cruce por cero; punto del primer eco que se activa (3) Debido a las herramientas toscas, 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 base de tiempo, etc.

4. Análisis de aplicaciones

El uso de ondas ultrasónicas para medir distancias terrestres en la atmósfera es una tecnología que solo se ha aplicado formalmente con el desarrollo de la tecnología electrónica moderna, ya que el alcance ultrasónico es un método. Tecnología de detección sin contacto, que no se ve afectada por la luz, el color del objeto medido, etc., y tiene cierta adaptabilidad en entornos hostiles (como el polvo). Por tanto, es extremadamente versátil.

Por ejemplo: levantamiento y mapeo de mapas topográficos, construcción de casas, puentes, carreteras, excavación de minas, pozos petroleros, etc. El método de utilizar ondas ultrasónicas para medir la distancia en el suelo se logra utilizando tecnología fotoeléctrica. Las ventajas de los telémetros ultrasónicos son: El costo del instrumento es menor que el de los telémetros de ondas de luz. Bajo, ahorra trabajo y 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 al entorno y simultáneamente recibe ecos reflejados por los obstáculos para determinar la propia posición del robot. como sensor para controlar la computadora del robot, etc. Debido a que las ondas ultrasónicas son fáciles de emitir en una dirección direccional, tienen buena directividad y es fácil controlar la intensidad, su valor de aplicación ha sido ampliamente valorado.

En resumen, del análisis anterior se desprende que el uso de la medición ultrasónica tiene muchas ventajas en muchos aspectos. Por tanto, la investigación sobre este tema es de gran valor práctico y comercial.

5. Conclusión

La distancia de medición de este diseño cumple con los requisitos del mercado y el área ciega de medición también se controla dentro de 23 cm. En respuesta a la demanda del mercado, este diseño también puede aumentar la potencia de transmisión para aumentar la distancia de medición. En términos de visualización, también puede realizar cambios apropiados en el programa para que el LED muestre el valor de temperatura cuando la onda ultrasónica comience a emitirse. Cuando el valor de la distancia se calcula mediante cálculo después de recibir el eco ultrasónico, el LED cambia automáticamente. para mostrar el valor de la distancia, para que el efecto visual sea mejor Obtenga una comprensión más intuitiva.

Referencias:

[1] Sun Hanfang y Xu Aiqing: Principios y aplicaciones de los microcontroladores de la serie MCS-51/96 (edición revisada) [M] Beijing: Beihang University Press. 2002.46-170

[2] Jin Zhuanzhi y Wang Mingshi: Tecnología de sensores modernos [M]. Electronic Industry Press 1995.331-335

[3] Sun Hanfang y Xu Aiqing: MCS. -51／ Principios y aplicaciones de los microcontroladores de la serie 96 (Edición revisada) [M]. Beijing: Prensa de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing 2002.46-170

[4] Lu Jinzheng, Wang Jianqin, Yang Shaoguo, Zhao Ke, Zhao Taifei: Diseño de telémetro ultrasónico [J]. Tecnología de sensor 2002

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