Mechanismus ultrazvukového dálkoměru

Jako médium pro přenos informací je ultrazvuk stále důležitější v různých oblastech, jako je detekce defektů, měření vzdálenosti a měření rychlosti, kvůli svým přímým a reflexním vlastnostem a svým vlastnostem, které nejsou snadno ovlivněny vnějšími faktory, jako je světlo a elektromagnetické vlny. Ultrazvuková vlna je zvuková vlna s frekvencí vyšší než 20 kHz. Má dobrou směrovost, silnou pronikavou sílu, snadno získá koncentrovanou zvukovou energii, která má ve vodě velkou vzdálenost. ultrazvukové snímače lze použít pro měření vzdálenosti, měření rychlosti, čištění, svařování, drcení, sterilizaci. dezinfekce atd. Existuje mnoho aplikací v lékařství, vojenství, průmyslu a zemědělství. Ultrazvuk je pojmenován podle spodní hranice frekvence, která se přibližně rovná horní hranici lidského sluchu.

V ultrazvukovém detekčním obvodu je výstupním impulsem série obdélníkových vln na vysílacím konci. Šířka této řady čtvercových vln je časový interval mezi vysíláním ultrazvukových vln a příjmem ultrazvukových vln. Je zřejmé, že čím větší je vzdálenost mezi měřenými objekty, tím větší je šířka impulsu a výstupní impuls. Číslo je úměrné vzdálenosti měření. Ultrazvukový snímač rozsahu má obecně následující metody:

(1) vezmeme-li průměrné napětí výstupního impulsu, napětí (amplituda napětí je v zásadě pevná) je úměrné vzdálenosti a měřící napětí lze měřit;

(2) Měření šířky výstupního impulsu, tj. časového intervalu t mezi vysílanou ultrazvukovou vlnou a přijímající ultrazvukovou vlnou. Proto je měřicí vzdálenost S = 1/2 vt.

Ultrazvukové vysílače vysílají ultrazvukové vlny v určitém směru a načasování začátku je současně dobou přenosu. Když se ultrazvukové vlny šíří vzduchem, okamžitě se vrátí k překážkám a ultrazvukové přijímače přestanou měřit čas ihned po přijetí odražených vln. Rychlost šíření ultrazvukové vlny ve vzduchu je V a podle časového rozdílu naměřeného časovačem pro měření vysílaného a přijímaného echa lze vypočítat vzdálenost S bodu vyzařování od překážky, to znamená: S = V·Δt / 2 ,Toto je metoda měření časového rozdílu. Protože ultrazvukové snímače vzdálenosti jsou také druhem zvukových vln, jejich rychlost zvuku souvisí s teplotou a je uvedena rychlost zvuku při několika různých teplotách. Při použití, pokud se teplota příliš nemění, lze rychlost zvuku považovat za v podstatě konstantní. Rychlost šíření ultrazvukové vlny za normální teploty je 334 m/s, ale její rychlost šíření V je snadno ovlivnitelná faktory jako je teplota, vlhkost a tlak ve vzduchu, které jsou teplotou značně ovlivněny. S každým zvýšením teploty o 1°C se rychlost zvuku zvýší o 0,6 m/s. Pokud je přesnost měření velmi vysoká, měla by být korigována metodou teplotní kompenzace. Když je známa okolní teplota T, vzorec pro výpočet rychlosti šíření ultrazvuku V je: V = 331,45 + 0,607T

Po určení rychlosti zvuku lze vzdálenost získat měřením času ultrazvukové okružní cesty. Toto je mechanismus ultrazvukového dálkoměru.

1. Použijte IO port TRIG ke spouštění rozsahu, poskytující minimálně 10us signál vysoké úrovně (šířka jednoho pulzu je 10us / jeden vysoký výkon, Plochá doba trvání je 10us.

2. Modul automaticky odesílá obdélníkové vlny 840 kHz, aby automaticky zjistil, zda došlo k návratu signálu.

3. Signál se vrací a vysoká úroveň je na výstupu přes IO port ECHO. Doba trvání vysoké úrovně je doba od přenosu do návratu ultrazvukové vlny. Testovací vzdálenost = (nejvyšší čas * rychlost zvuku / 2), VCC GND je napájecí zdroj, TRIG je řídicí konec (vstup) a ECHO je zpětný konec (výstup). TRIG vydá vysoký puls a SR40 začne vysílat ultrazvukové vlny. Při příjmu odrazné vlny vydává ECHO platný signál. Vzdálenost lze převést měřením časového rozdílu od začátku spouštění TRIG do přijetí ECHO.

Ultrazvukový rozsahový modul HCSR04, VCC poskytuje napájení 5V, GND je uzemněno, vstup řídicího signálu TRIG, výstup signálu ECHO echo a další čtyři terminály rozhraní. K dispozici je pulzní spouštěcí signál 10us nebo více a modul bude interně vydávat úrovně cyklu 40 kHz a detekovat ozvěny. Jakmile je detekován echo signál, je detekován výstupní echo signál. Šířka impulsu signálu echa je úměrná naměřené vzdálenosti, přičemž vzdálenost lze vypočítat přenosem signálu na přijímací signál echa.