مکانیسم فاصله یاب اولتراسونیک

اولتراسونیک به عنوان وسیله ای برای انتقال اطلاعات، به دلیل خواص مستقیم و انعکاسی و ویژگی هایی که به راحتی تحت تأثیر عوامل خارجی مانند نور و امواج الکترومغناطیسی قرار نمی گیرد، در زمینه های مختلف مانند تشخیص عیب، برد و اندازه گیری سرعت اهمیت بیشتری پیدا می کند. موج اولتراسونیک یک موج صوتی با فرکانس بالاتر از 20 کیلوهرتز است. دارای جهت گیری خوب، قدرت نفوذ قوی، به دست آوردن انرژی صوتی متمرکز آسان است که فاصله زیادی در آب دارد. مبدل های اولتراسونیک را می توان برای اندازه گیری فاصله، اندازه گیری سرعت، تمیز کردن، جوشکاری، خرد کردن، عقیم سازی استفاده کرد. ضد عفونی و غیره کاربردهای زیادی در پزشکی، نظامی، صنعتی و کشاورزی دارد. سونوگرافی به خاطر حد فرکانس پایین آن که تقریباً برابر با حد بالای شنوایی انسان است نامگذاری شده است.

در مدار تشخیص اولتراسونیک، پالس خروجی مجموعه ای از امواج مربعی در انتهای فرستنده است. عرض این سری از امواج مربعی، فاصله زمانی بین ارسال امواج مافوق صوت و دریافت امواج اولتراسونیک است. بدیهی است که هرچه فاصله بین اجسام اندازه گیری بیشتر باشد، عرض پالس و پالس خروجی بیشتر می شود. عدد متناسب با فاصله اندازه گیری است. مبدل محدوده اولتراسونیک به طور کلی روش های زیر را دارد:

(1) با گرفتن ولتاژ متوسط ​​پالس خروجی، ولتاژ (دامنه ولتاژ اساساً ثابت است) متناسب با فاصله است و ولتاژ اندازه گیری را می توان اندازه گیری کرد.

(2) اندازه گیری عرض پالس خروجی، یعنی فاصله زمانی t بین امواج فراصوت ارسال کننده و موج اولتراسونیک دریافت کننده. بنابراین، فاصله اندازه گیری S = 1/2 vt است.

فرستنده های اولتراسونیک امواج مافوق صوت را در جهت خاصی منتقل می کنند و زمان شروع در همان زمان زمان ارسال است. هنگامی که امواج مافوق صوت در هوا منتشر می شوند، بلافاصله به موانع باز می گردند و گیرنده های اولتراسونیک بلافاصله پس از دریافت امواج منعکس شده، زمان بندی را متوقف می کنند. سرعت انتشار موج اولتراسونیک در هوا V است و با توجه به اختلاف زمانی اندازه‌گیری شده توسط تایمر برای اندازه‌گیری پژواک‌های ارسالی و دریافتی، فاصله S نقطه انتشار از مانع را می‌توان محاسبه کرد، یعنی: S = V·Δt / 2، این روش دامنه اختلاف زمانی است. از آنجایی که سنسورهای فاصله اولتراسونیک نیز نوعی امواج صوتی هستند، سرعت صوت آنها با دما مرتبط است و سرعت صوت در چندین دما مختلف ذکر شده است. در استفاده، اگر دما زیاد تغییر نکند، می توان سرعت صوت را بطور قابل ملاحظه ای ثابت در نظر گرفت. سرعت انتشار موج اولتراسونیک در دمای معمولی 334 متر بر ثانیه است، اما سرعت انتشار آن V به راحتی تحت تأثیر عواملی مانند دما، رطوبت و فشار در هوا قرار می گیرد که به شدت تحت تأثیر دما هستند. به ازای هر 1 درجه سانتیگراد افزایش دما، سرعت صوت 0.6 متر بر ثانیه افزایش می یابد. اگر دقت محدوده بسیار زیاد باشد باید با روش جبران دما اصلاح شود. هنگامی که دمای محیط T مشخص است، فرمول محاسبه سرعت انتشار اولتراسونیک V است: V = 331.45 + 0.607T

پس از تعیین سرعت صدا، با اندازه گیری زمان رفت و برگشت اولتراسونیک می توان فاصله را بدست آورد. این مکانیسم فاصله یاب اولتراسونیک است.

1. از پورت IO TRIG برای راه اندازی محدوده استفاده کنید، که حداقل سیگنال سطح بالا 10 us می دهد (یک عرض پالس 10 us / یک توان بالا است، مدت زمان مسطح 10 us است.

2. ماژول به طور خودکار امواج مربعی 840khz ارسال می کند تا به طور خودکار تشخیص دهد که آیا سیگنال بازگشتی وجود دارد یا خیر.

3. بازگشت سیگنال وجود دارد و سطح بالایی از طریق پورت IO ECHO خروجی می شود. مدت زمان سطح بالا، زمان از انتقال تا بازگشت موج اولتراسونیک است. فاصله تست = (زمان بالا * سرعت صدا / 2)، VCC GND منبع تغذیه است، TRIG انتهای کنترل (ورودی) و ECHO انتهای بازگشت (خروجی) است. TRIG یک پالس سطح بالایی می دهد و SR40 شروع به ارسال امواج اولتراسونیک می کند. هنگام دریافت موج بازتابی، ECHO یک سیگنال معتبر خروجی می دهد. فاصله را می توان با اندازه گیری اختلاف زمانی از شروع تریگر TRIG تا دریافت ECHO تبدیل کرد.

ماژول محدوده اولتراسونیک HCSR04، VCC منبع تغذیه 5 ولتی است، GND زمین است، ورودی سیگنال کنترل ماشه TRIG، خروجی سیگنال اکو ECHO و چهار پایانه رابط دیگر. یک سیگنال ماشه پالس 10 us یا بیشتر ارائه می شود و ماژول به صورت داخلی سطوح چرخه 40 کیلوهز را ساطع می کند و اکوها را تشخیص می دهد. هنگامی که سیگنال اکو شناسایی شد، سیگنال اکو خروجی شناسایی می شود. عرض پالس سیگنال اکو متناسب با فاصله اندازه گیری شده است، به موجب آن می توان فاصله را با ارسال سیگنال به سیگنال اکو دریافت کننده محاسبه کرد.