超音波レンジファインダーの設計とアプリケーションの分析
本稿では、超音波伝送における距離と時間の関係を利用し、制御とデータ処理にシングルチップマイコンAT89C51を使用し、2点間の距離を測定できる超音波距離計を設計した。 測距装置は主に、超音波送信回路、超音波受信回路、ワンチップマイコン制御回路、周囲温度検出回路、表示回路で構成されています。 設計された超音波距離計を使用して、さまざまな距離をテストし、詳細な誤差分析を実行します。
超音波距離測定マイコン温度センサー
社会の発展に伴い、人々の距離や長さの測定に対する要求はますます高まっています。 超音波測距は、非接触測定で比較的精度が高いため、ますます注目を集めています。 この論文で設計された超音波距離計は、さまざまな距離をテストし、詳細な誤差分析を実行できます。
1. 設計原理
超音波距離計は、障害物に遭遇したときに反射して戻ってくる超音波の特性に基づいています。 超音波発信機は、ある方向に超音波を発信し、発信と同時に計時を開始します。 超音波は空中を伝播し、途中で障害物に遭遇するとすぐに戻ってきますが、超音波受信機は反射波を受信すると即座に中断して計時を停止します。 超音波の発信後、障害物からの反射エコーを継続的に検出することで、超音波の発信と受信エコーの時間差Tを計測し、距離Lを算出します。 基本的な測距公式は次のとおりです: L=(△t/2)*C
ここで、L - 測定する距離
T - 送信波と反射波の間の時間間隔
C——空気中の超音波の音速。室温で 340m/s とみなします。
音速が決まったら、超音波の往復時間を測定することでLを求めることができます。
2. 超音波距離計の設計目標
測定距離：5メートル以内。 2 点間の距離は LED によって正確に表示されます。 誤差は 5% 未満です。
3. データの計測と分析
1. データの計測と分析
実測作業の都合上、1メートル以下の30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cmの6つの距離を測定対象とし、各距離を7回連続測定して測定データを取得しました（温度：29℃）度）を表に示します。 表のデータから、一般的に測定値は実際の値より数センチ大きくなりますが、連続測定の精度は比較的高いことがわかります。
測定データごとに最大値と最小値を取り除き、平均値を算出して最終的な測定データとし、最後に比較分析を行います。 このデータ処理にも、ある程度の科学性と合理性があります。 表のデータから、超音波は温度補償が行われていますが、比較的近距離の測定では相対誤差が比較的大きくなっています。 特に、30cm と 50cm の距離測定では、相対誤差はそれぞれ 5% と 4.8% に達しました。 しかし、すべての測定結果から、この設計の誤差は比較的小さく、比較的安定しています。 このデザインのブラインドエリアは約22.6cmで、基本的にデザイン要件を満たしています。
2. エラー分析
測距エラーは主に次の側面から発生します。
(1) 超音波送受信プローブと測定点の間には一定の角度があり、測定距離の最大値に直接影響します。 (2) 超音波エコー音の強度は測定対象の距離に直接関係するため、実際の測定は必ずしもエコーのゼロクロス トリガーになるわけではありません。 (3) 粗雑なツールのため、実際の測定距離にも誤差があります。 フィールド環境の干渉、タイムベースのパルス周波数など、測定誤差に影響を与える要因は数多くあります。
4. アプリケーション分析
超音波を使用して大気中の地上距離を測定する技術は、現代の電子技術の発展後に初めて正式に適用されるようになりました。 超音波測距は非接触検出技術であるため、光や測定対象物の色などの影響を受けず、過酷な環境でも使用できます。 （粉塵混入など）ある程度の適応性はあります。 したがって、非常に多用途です。 たとえば、地形図の測量とマッピング、住宅、橋、道路の建設、鉱山、油井の掘削など、超音波を使用して地上距離を測定することは、光電技術を使用して実現されます。 超音波距離計の利点は次のとおりです。 機器のコストが光波距離計よりも低い 低コスト、省力性、操作が簡単。
超音波距離計は、高度なロボット技術でも使用されています。 超音波発生源はロボットに設置されており、周囲に超音波を継続的に発信すると同時に障害物から反射したエコーを受信してロボット自身の位置を把握し、センサーとしてロボットを制御します。 コンピューターなど。 超音波は指向性があり、指向性が良く、強度の制御が容易であるため、その応用価値が広く評価されています。
一言で言えば、上記の分析から、超音波測距の使用には多くの側面で多くの利点があることがわかります。 したがって、このトピックの研究は非常に実用的であり、商業的に価値があります。
