Ultraäänietäisyysmittarin mekanismi

Ultraääni tiedonsiirtovälineenä on yhä tärkeämpi eri aloilla, kuten vikojen havaitsemisessa, etäisyyden ja nopeuden mittauksessa, johtuen sen suorista ja heijastavista ominaisuuksista ja ominaisuuksista, joihin ulkoiset tekijät, kuten valo ja sähkömagneettiset aallot, eivät helposti vaikuta. Ultraääniaalto on ääniaalto, jonka taajuus on yli 20 kHz. Sillä on hyvä suuntaavuus, vahva tunkeutumiskyky, helppo saada tiivistetty äänienergia, jolla on pitkä matka vedessä. Ultraääniantureita voidaan käyttää etäisyyden mittaamiseen, nopeuden mittaukseen, puhdistukseen, hitsaukseen, murskaamiseen, sterilointiin. desinfiointi jne. Lääketieteessä, armeijassa, teollisuudessa ja maataloudessa on monia sovelluksia. Ultraääni on nimetty alemmasta taajuusrajasta, joka on suunnilleen sama kuin ihmisen kuulon yläraja.

Ultraäänitunnistuspiirissä lähtöpulssi on sarja neliöaaltoja lähetyspäässä. Tämän neliöaaltosarjan leveys on aikaväli ultraääniaaltojen lähettämisen ja ultraääniaaltojen vastaanottamisen välillä. Ilmeisesti mitä suurempi etäisyys mittauskohteiden välillä on, sitä suurempi on pulssin leveys ja lähtöpulssi. Luku on verrannollinen mittausetäisyyteen. Ultraäänietäisyysanturissa on yleensä seuraavat menetelmät:

(1) lähtöpulssin keskimääräisellä jännitteellä jännite (jännitteen amplitudi on periaatteessa kiinteä) on verrannollinen etäisyyteen ja mittausjännite voidaan mitata;

(2) Lähtöpulssin leveyden mittaaminen eli aikaväli t lähettävän ultraääniaallon ja vastaanottavan ultraääniaallon välillä. Siksi mittausetäisyys on S = 1/2 vt.

Ultraäänilähettimet lähettävät ultraääniaaltoja tiettyyn suuntaan, ja aloitusajoitus samaan aikaan on lähetysaika. Kun ultraääniaallot etenevät ilmassa, ne palaavat välittömästi esteisiin, ja ultraäänivastaanottimet lopettavat ajoituksen heti vastaanotettuaan heijastuneita aaltoja. Ultraääniaallon etenemisnopeus ilmassa on V, ja lähetettyjen ja vastaanotettujen kaikujen mittausajastimen mittaaman aikaeron mukaan voidaan laskea emissiopisteen etäisyys S esteestä eli: S = V·Δt / 2 ,Tämä on aikaeron mittausmenetelmä. Koska ultraäänietäisyysanturit ovat myös eräänlaisia ​​ääniaaltoja, niiden äänennopeus on suhteessa lämpötilaan ja äänen nopeus useissa eri lämpötiloissa on listattu. Käytössä, jos lämpötila ei juurikaan muutu, äänen nopeuden voidaan katsoa olevan oleellisesti vakio. Ultraääniaallon etenemisnopeus normaalilämpötilassa on 334 m/s, mutta sen etenemisnopeuteen V vaikuttavat helposti sellaisia ​​tekijöitä kuin lämpötila, kosteus ja ilmanpaine, joihin lämpötila vaikuttaa suuresti. Jokaista 1°C:n lämpötilan nousua kohden äänen nopeus kasvaa 0,6 m/s. Jos etäisyyden tarkkuus on erittäin korkea, se tulee korjata lämpötilakompensointimenetelmällä. Kun ympäristön lämpötila T tunnetaan, kaava ultraäänen etenemisnopeuden V laskemiseksi on: V = 331,45 + 0,607T

Kun äänen nopeus on määritetty, etäisyys voidaan saada mittaamalla ultraääni edestakaisen matkan aika. Tämä on ultraäänietäisyysmittarin mekanismi.

1. Käytä IO-porttia TRIG etäisyyden laukaisuun antaen vähintään 10us korkean tason signaalin (yksi pulssin leveys on 10us / yksi suuri teho, tasainen kesto on 10us).

2. Moduuli lähettää automaattisesti 840 khz:n neliöaaltoja havaitakseen automaattisesti, onko signaalin paluu.

3. On signaalin paluu, ja korkea taso lähetetään IO-portin ECHO kautta. Korkean tason kesto on aika ultraääniaallon lähetyksestä paluuseen. Testietäisyys = (korkea aika * äänen nopeus / 2), VCC GND on virtalähde, TRIG on ohjauspää (tulo) ja ECHO on paluupää (lähtö). TRIG antaa korkean tason pulssin ja SR40 alkaa lähettää ultraääniaaltoja. Vastaanottaessaan heijastusaallon ECHO lähettää kelvollisen signaalin. Etäisyys voidaan muuntaa mittaamalla aikaero TRIG-laukaisimen alkamisesta ECHO:n vastaanottamiseen.

HCSR04-ultraäänietäisyysmoduuli, VCC tarjoaa 5 V:n virtalähteen, GND on maadoitettu, TRIG-liipaisuohjaussignaalin tulo, ECHO-kaikusignaalin lähtö ja neljä muuta liitäntänapaa. Pulssilaukaisusignaali on vähintään 10 us, ja moduuli lähettää sisäisesti 40 khz:n jaksotasoja ja havaitsee kaikuja. Kun kaikusignaali on havaittu, lähtökaikusignaali havaitaan. Kaikusignaalin pulssin leveys on verrannollinen mitattuun etäisyyteen, jolloin etäisyys voidaan laskea lähettämällä signaali vastaanottavaan kaikusignaaliin.