Mechanisme van ultrasone afstandsmeter

Als medium voor het verzenden van informatie wordt ultrasoon steeds belangrijker op verschillende gebieden, zoals foutdetectie, afstandsmeting en snelheidsmeting vanwege de directe en reflecterende eigenschappen en de kenmerken ervan die niet gemakkelijk worden beïnvloed door externe factoren zoals licht en elektromagnetische golven. Ultrasone golven zijn geluidsgolven met een frequentie hoger dan 20 kHz. Het heeft een goede richtingsgevoeligheid, een sterk doordringend vermogen, gemakkelijk te verkrijgen geconcentreerde geluidsenergie, die een lange afstand in het water heeft. ultrasone transducers kunnen worden gebruikt voor afstandsmeting, snelheidsmeting, reiniging, lassen, pletten, sterilisatie. desinfectie, enz. Er zijn veel toepassingen in de geneeskunde, het leger, de industrie en de landbouw. Echografie is genoemd naar de onderste frequentielimiet, die ongeveer gelijk is aan de bovengrens van het menselijk gehoor.

In het ultrasone detectiecircuit bestaat de uitgangspuls uit een reeks vierkante golven aan het zenduiteinde. De breedte van deze reeks vierkante golven is het tijdsinterval tussen het uitzenden van ultrasone golven en het ontvangen van ultrasone golven. Het is duidelijk dat hoe groter de afstand tussen de meetobjecten is, hoe groter de pulsbreedte en de uitgangspuls. Het getal is evenredig met de meetafstand. Ultrasone bereiktransducer heeft over het algemeen de volgende methoden:

(1) door de gemiddelde spanning van de uitgangspuls te nemen, is de spanning (de amplitude van de spanning is in principe vast) evenredig met de afstand en kan de meetspanning worden gemeten;

(2) Het meten van de breedte van de uitgangspuls, dat wil zeggen het tijdsinterval t tussen de zendende ultrasone golf en de ontvangende ultrasone golf. Daarom is de meetafstand S = 1/2 vt.

Ultrasone zenders zenden ultrasone golven in een bepaalde richting uit en beginnen tegelijkertijd met de zendtijd. Wanneer de ultrasone golven zich in de lucht voortplanten, zullen ze onmiddellijk terugkeren naar de obstakels, en de ultrasone ontvangers zullen onmiddellijk stoppen met het timen van de gereflecteerde golven. De voortplantingssnelheid van de ultrasone golf in de lucht is V, en afhankelijk van het tijdsverschil gemeten door de timer om de uitgezonden en ontvangen echo's te meten, kan de afstand S van het emissiepunt tot het obstakel worden berekend, dat wil zeggen: S = V·Δt / 2. Dit is de tijdsverschilmethode. Omdat ultrasone afstandssensoren ook een soort geluidsgolven zijn, is hun geluidssnelheid gerelateerd aan de temperatuur, en wordt de geluidssnelheid bij verschillende temperaturen vermeld. Als de temperatuur tijdens het gebruik niet veel verandert, kan de geluidssnelheid als vrijwel constant worden beschouwd. De voortplantingssnelheid van ultrasone golven bij normale temperatuur is 334 m/s, maar de voortplantingssnelheid V wordt gemakkelijk beïnvloed door factoren zoals temperatuur, vochtigheid en druk in de lucht, die sterk worden beïnvloed door de temperatuur. Voor elke temperatuurstijging van 1°C neemt de geluidssnelheid toe met 0,6 m/s. Als de nauwkeurigheid van het bereik erg hoog is, moet dit worden gecorrigeerd door de methode van temperatuurcompensatie. Wanneer de omgevingstemperatuur T bekend is, is de formule voor het berekenen van de ultrasone voortplantingssnelheid V: V = 331,45 + 0,607T

Nadat de geluidssnelheid is bepaald, kan de afstand worden verkregen door de tijd van de ultrasone heen- en terugreis te meten. Dit is het mechanisme van de ultrasone afstandsmeter.

1. Gebruik de IO-poort TRIG om het bereik te activeren, waardoor een signaal van minimaal 10us hoog niveau wordt gegeven (één pulsbreedte is 10us / één hoog vermogen, de vlakke duur is 10us.

2. De module verzendt automatisch vierkante golven van 840 kHz om automatisch te detecteren of er een signaalretour is.

3. Er is een signaalretour en er wordt een hoog niveau uitgevoerd via de IO-poort ECHO. De duur van het hoge niveau is de tijd vanaf de transmissie tot de terugkeer van de ultrasone golf. Testafstand = (hoge tijd * geluidssnelheid / 2), VCC GND is de voeding, TRIG is het controle-uiteinde (invoer) en ECHO is het retouruiteinde (uitvoer). TRIG geeft een puls van hoog niveau en de SR40 begint ultrasone golven te verzenden. Bij ontvangst van de reflectiegolf geeft ECHO een geldig signaal af. De afstand kan worden geconverteerd door het tijdsverschil te meten vanaf het begin van de TRIG-trigger tot de ontvangst van de ECHO.

HCSR04 ultrasone bereikmodule, VCC biedt 5V-voeding, GND is aarde, TRIG-triggerbesturingssignaalingang, ECHO-echosignaaluitgang en andere vier interface-terminals. Er wordt een pulstriggersignaal van 10us of meer geleverd, en de module zal intern cyclusniveaus van 40 kHz uitzenden en echo's detecteren. Zodra het echosignaal is gedetecteerd, wordt het uitgangsechosignaal gedetecteerd. De pulsbreedte van het echosignaal is evenredig met de gemeten afstand, waarbij de afstand kan worden berekend door het signaal door te sturen naar het ontvangende echosignaal.