هنگام انجام کارهای مختلف ساختمانی، نمی توان بدون اندازه گیری انجام داد. در عین حال، استادان به استفاده از رولت متوسل می شوند که بدون آن شروع هر گونه فعالیت ساختمانی غیرممکن است. در عصر فناوری دیجیتال، چرخ رولت با چنین ابزار همه کاره ای به نام مسافت یاب لیزری جایگزین شده است. این چه نوع ابزاری است و همچنین ویژگی های عملکرد آن را با جزئیات بیشتری در نظر خواهیم گرفت.

فاصله یاب لیزری یک اندازه گیری نوار مدرن است که از طریق آن می توان اقدامات اندازه گیری را بدون نزدیک شدن به شی اندازه گیری انجام داد. به چنین ابزاری خط کش لیزری نیز گفته می شود که با استفاده از آن می توانید فاصله یک جسم به جسم دیگر را در حالی که در یک مکان هستید اندازه گیری کنید. رولت های لیزری دقت اندازه گیری بالایی دارند که حتی از دقت خط کش یا متر نواری هم بیشتر است.

از زمان ظهور اولین فاصله یاب لیزری، امروزه دامنه آنها به طور قابل توجهی گسترش یافته است. آنها کاربرد خود را در زمینه ساخت و ساز، طراحی منظر، توپوگرافی، ژئودزی و حتی امور نظامی پیدا کرده اند. طول متر جهانی به شما امکان می دهد فاصله یک نقطه به نقطه دیگر را با دقت یک سانتی متر و حتی یک میلی متر محاسبه کنید. چنین دقتی بسیار مهم است و عدم نیاز به حرکت به نقطه اندازه گیری دیگر باعث صرفه جویی در زمان و تسهیل کار فیزیکی می شود.

مسافت یاب یک ابزار جهانی نامیده می شود، زیرا نه تنها وظیفه اندازه گیری فواصل را دارد. این دستگاهبرای اندازه گیری مساحت اتاق و همچنین حجم و اضلاع آن مطابق فیثاغورث با توجه به تابع ذوزنقه و تعیین حداکثر و حداقل فاصله طراحی شده است. فاصله یاب لیزری می تواند به عنوان یک سطح در هنگام تعیین تفاوت در سطوح مکان نقاط در فضا استفاده شود. چنین دستگاه مینیاتوری که از اندازه یک نوار استاندارد تجاوز نمی کند، اصلاً ارزان نیست. هزینه تحت تأثیر پارامترهایی مانند عملکرد و همچنین اصل عملکرد دستگاه است. در زیر درباره نحوه عملکرد فاصله یاب لیزری بیشتر بدانید.

اصل عملکرد فاصله یاب لیزری

اصل کار مسافت یاب-رولت لیزری اندازه گیری زمان لازم برای حرکت پرتو لیزر از نقطه ای به نقطه دیگر یعنی از دستگاه به جسم است. این اصل عملکرد اندازه گیری نوار لیزری مزیت قابل توجهی دارد که به دلیل عدم نیاز به حرکت به نقطه اندازه گیری دوم است. این امر به ویژه زمانی صادق است که دومین نقطه اندازه گیری در مکانی صعب العبور یا غیرقابل دسترس قرار دارد. مسافت یاب ها نوری، اولتراسونیک و لیزری هستند.

مهم است بدانیم! اندازه گیری فاصله با فاصله یاب چند ثانیه طول می کشد، در حالی که اندازه گیری با نوار متر حداقل چند دقیقه طول می کشد.

توجه به این نکته ضروری است که دقت قرائت فاصله یاب به زمان روز بستگی دارد. شایان ذکر است که اثربخشی ابزار در شب بسیار بیشتر از روز است. برای انجام این کار، ابزارها به یک دید اضافی یا دوربین فیلمبرداری دیجیتال مجهز شده اند که به شما امکان می دهد لیزر را به وضوح ببینید. سه حالت کار برای فاصله یاب وجود دارد:

• فاز؛
• تکانه؛
• ترکیب شده.

اصل عملکرد حالت پالسی بر اساس تغییر در مقدار ثابت سرعت نور است. این گزینه ها برای اندازه گیری مسافت های طولانی طراحی شده اند.

اساس دستگاه های فاز ملکیت است شار نورانیتغییرات در فاز مدولاسیون بر اثر انعکاس از جسم. تمامی محاسبات توسط ریزپردازنده انجام می شود. حالت ترکیبی به شما امکان می دهد روش های اندازه گیری فاز و پالس را ترکیب کنید.

مهم است بدانیم! یک مسافت یاب اولیه را می توان حتی در مدرن پیدا کرد تلفن همراه، فقط با چنین اندازه گیری خطای بسیار بزرگی وجود دارد.

معیارهای انتخاب ابزار

برای انتخاب بهترین فاصله یاب لیزری، توجه به آن ضروری است پارامترهای مهمدستگاه ها این شامل:

1. محل اندازه گیری اگر برای خیابان به مسافت یاب نیاز دارید، باید مدل هایی با دید را انتخاب کنید. در واقع، در طول روز، مسیر لیزر قابل مشاهده نیست، بنابراین نمی توان تعیین کرد که اندازه گیری ها در کدام مکان انجام می شود. برای خانه، یک متر لیزری معمولی مناسب است.
2. طول اندازه گیری نحوه انتخاب یک متر لیزری برای حداکثر طول روشن است. برای انجام این کار، باید بدانید که حداکثر چه مقادیری به دستگاه اختصاص داده می شود. در این مورد، توجه زیادی باید به طور مستقیم به حداقل طول معطوف شود. دستگاه های زیادی وجود دارند که طول را از 5 سانتی متر می شمارند اما آنهایی هم هستند که از 50 سانتی متر شروع می شوند این بر خلاف حداکثر طول اصلاً روی قیمت تأثیر نمی گذارد.
3. دقت اندازه گیری ها برای اکثر دستگاه ها، خطا تا 1.5-3 میلی متر است. ابزار در دسته قیمتتا 6000 روبل. مسافت یاب های گران تر از 6 هزار روبل دارای خطای تا 1 میلی متر هستند. علاوه بر این، باید توجه داشت که چنین خطاهایی در تمام طول حفظ نمی شوند. دقت قرائت ها نیز تحت تأثیر عواملی مانند نور خورشید، سکون دستگاه در حین اندازه گیری و همچنین طول اندازه گیری شده است.
4. عملکردی. لازم است تصمیم بگیرید که کدام گزینه باید در دستگاه باشد. اگر برای انجام کارهای ساختمانی مورد نیاز است، یک ابزار خانگی معمولی کافی است. اگر قصد انجام محاسبات ژئودتیک را دارید، بدون ابزاری با عملکرد کامل نمی توانید انجام دهید. این ابزارها را می توان به سه گروه تقسیم کرد:

• ساده ترین انواع که امکان اندازه گیری تا 30 متر را می دهد. هزینه آنها از 1000 روبل است.
• نماهای متوسط ​​که امکان اندازه گیری تا 80 متر را فراهم می کند. چنین دستگاه هایی عملکردهای مختلفی دارند: محاسبه، حافظه، نور پس زمینه، صدا و غیره.
• نماهای پیشرفته که مجهز به عملکرد کامل هستند. هزینه چنین دستگاه هایی بسیار بالا است، بنابراین آنها تنها در هنگام انجام پیچیده ترین کار اندازه گیری استفاده می شوند.

همچنین شایان ذکر است که برخی از مدل ها مجهز به ویدیو یاب هستند که بر قیمت تمام شده دستگاه نیز تأثیر می گذارد. اغلب، دستگاه ها اجازه اندازه گیری از 100 تا 300 متر را می دهند. هنگام انتخاب یک ابزار، به یاد داشته باشید که اکثر آنها برای اندازه گیری در یک خط مستقیم طراحی شده اند.

در خاتمه شایان ذکر است که مسافت یاب های لیزری، بر خلاف مسافت یاب های اولتراسونیک، به دلیل کارایی و دقت نتایج به دست آمده، گسترش و محبوبیت بیشتری یافته اند.

مقدمه 3

بخش نظری 4

شرح مدار 6

شرح برنامه 13

نتیجه گیری 34

مراجع 35

برنامه های 36

مقدمه

پروژه دوره برای کسب مهارت های عملی در طراحی سیستم های ریزپردازنده ساده طراحی شده است برای اهداف مختلف. این پروژه بر اساس بخش نظری رشته "سازمان کامپیوترها و سیستم ها" است. تکلیف پروژه دوره توسط مدیر پروژه صادر می شود.

پروژه دوره به منظور تجمیع دانش در دوره "سازمان رایانه ها و سیستم ها" و توسعه مهارت های طراحی مستقل سیستم های ریزپردازنده برای اهداف مختلف انجام می شود.

اهداف پروژه دوره عبارتند از:

تسلط عملی بر تکنیک طراحی دستگاه ها؛

سنتز یک نمودار عملکردی یک سیستم ریزپردازنده بر اساس تجزیه و تحلیل داده های اولیه.

کسب مهارت در توسعه سخت افزار و نرم افزارسیستم ریزپردازنده؛

توسعه بیشتر مهارت ها در طراحی عملکردی-منطقی، مدار و طراحی، اجرا و انتشار اسناد طراحی مطابق با GOST.

برای حل این مشکلات، دانش نه تنها از درس "سازمان کامپیوترها و سیستم ها"، بلکه همچنین تعدادی از رشته های مرتبط، و همچنین توانایی استفاده از اطلاعات نظارتی و مرجع مورد نیاز است.

یکی از جهت گیری های اصلی پیشرفت علمی و فناوری در حال حاضر، توسعه و استفاده گسترده از محصولات میکروالکترونیک در تولید صنعتی، در دستگاه ها و سیستم های کنترل برای طیف گسترده ای از اشیاء و فرآیندها است.

یک مثال میکروکنترلرهای تولید شده توسط Microchip Technology است. این خانواده از میکروکنترلرهای 8 بیتی با قیمت پایین، مصرف برق کم و سرعت بالا مشخص می شوند. میکروکنترلرها دارای یک برنامه داخلی EEPROM، رم داده و در بسته های 18 و 28 خروجی هستند. برای محصولاتی که برنامه آنها می تواند تغییر کند یا شامل هر قسمت متغیر، جدول، پارامتر کالیبراسیون، کلید و غیره باشد، یک میکروکنترلر PIC16F84 قابل پاک کردن و برنامه ریزی مجدد الکتریکی موجود است. همچنین حاوی یک رام داده قابل برنامه ریزی مجدد الکتریکی است. این کنترل‌کننده‌ای است که ما از آن برای توسعه یک دستگاه محدوده اولتراسونیک استفاده خواهیم کرد.

بخش تئوری

عملکرد دستگاه محدوده التراسونیک بر اساس پدیده انتشار امواج صوتی در هوا و انعکاس آنها در فرآیند انتشار از سایر رسانه ها (جسم های کنترل شده) است.

اطلاعات در مورد فاصله تا بدن کنترل شده، به طور دقیق تر، برخی از مناطق بازتابنده متعلق به سطح بدن کنترل شده، با تاخیر زمانی سیگنال دریافتی نسبت به سیگنال منتشر شده تعیین می شود. به همین ترتیب، خفاش ها خود را در فضا جهت می دهند: آنها یک پرتو هدایت شده از ارتعاشات اولتراسونیک را به سمت جلو ساطع می کنند و سیگنال منعکس شده را می گیرند. امواج صوتی با سرعت معینی در هوا منتشر می شوند، بنابراین با تأخیر در رسیدن سیگنال منعکس شده، می توان با دقت کافی قضاوت کرد که جسمی که صدا را منعکس می کند در چه فاصله ای قرار دارد.

فاصله یاب اولتراسونیک فاصله تا بدنه کنترل شده را با توجه به طرح مکان یابی اکو اندازه گیری می کند (شکل 1 را ببینید).

برنج. 1. طرح مکان اکو.

برای اندازه گیری فواصل در هوا، مبدل های پیزوسرامیک (از انواع MUP-3 و MUP-4، تولید شده توسط ELPA، Zelenograd) استفاده می شود که در 40 کار می کنند. فرکانس کیلوهرتز. دو مبدل پیزوسرامیک (تابش دهنده و دریافت کننده)، انتخاب شده به طوری که فرکانس تشدیدتشعشعات ساطع کننده، همزمان با فرکانس رزونانس دریافت، یک واحد آکوستیک را تشکیل می دهند.

مزایای استفاده از چنین مبدل هایی در هوا عبارتند از: سادگی نسبی تشعشع و دریافت نوسانات، فشردگی عناصر دریافت کننده - تشعشع کننده تجهیزات، مقاومت بالا در برابر آلودگی صوتی، شیمیایی و نوری. محیط، توانایی کار در محیط های تهاجمی در فشارهای بالا، امکان حذف قابل توجه تجهیزات ثانویه از محل اندازه گیری، عمر طولانی، سهولت استفاده، هزینه نسبتاً پایین، آمادگی تقریباً آنی برای کار پس از روشن شدن، عدم حساسیت به الکترومغناطیسی تداخل، قابلیت اطمینان بالا، مصونیت اندام های شنوایی فرد در برابر سونوگرافی با فرکانس مورد استفاده (40 کیلوهرتز) و تعدادی دیگر.

نمونه هایی از کاربرد مسافت یاب اولتراسونیک توسعه یافته می تواند به شرح زیر باشد: کنترل فاصله بین وسایل نقلیه هنگام حرکت در شرایط دید ناکافی در سرعت های پایین، اندازه گیری سطح پر شدن مخازن با ماده مایع، سطح بارگیری پناهگاه ها. یا بدنه خودرو با مواد شل یا له شده، کنترل ابعاد محصول، اندازه گیری فاصله از کنار کشتی تا دیوار اسکله و غیره.

توضیحات نمودار مدار

نمودار شماتیک دستگاه طراحی شده در پیوست ارائه شده است. طرح ارائه شده را می توان به 5 بلوک عملکردی تقسیم کرد:

1) منبع تغذیه؛

2) واحد فرستنده؛

3) واحد گیرنده؛

4) واحد نمایش؛

5) واحد کنترل دیجیتال.

بیایید نگاهی به نحوه عملکرد هر یک از آنها بیندازیم.

برنج. 2. منبع تغذیه.

منبع تغذیه در شکل نشان داده شده است. 2. هنگام روشن کردن کلید اصلی S1 سیم پیچ اولیهترانسفورماتور TV1 می آید ولتاژ ACمقدار 220 ولت یک ولتاژ متناوب کاهش یافته به 7.5 ولت از سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور حذف می شود. پس از عبور از پل دیودی V1-V4، ولتاژ یکسو شده و صاف نشده در حدود 7 ولت دریافت می کنیم، زیرا مقدار کمی افت ولتاژ در سراسر دیودها وجود دارد. موج ولتاژ تصحیح شده توسط خازن الکترولیتی C2 صاف می شود و خازن سرامیکی C1 برای فیلتر تداخل شبکه فرکانس بالا طراحی شده است. سپس ولتاژ با استفاده از یک تنظیم کننده ولتاژ یکپارچه DA1 تثبیت می شود و تداخل فرکانس بالا و پایین به ترتیب با استفاده از خازن های C3 و C4 فیلتر می شوند. پل دیود V1-V4 بر روی دیودهای سیلیکونی فرکانس پایین مونتاژ شده است که اجازه می دهد ولتاژ تا 100 ولت در جریانی که بیش از 10 آمپر نباشد. تنظیم کننده ولتاژ یکپارچه DA1 (KR142EN5V) دارای ویژگی های زیر است: Uout=5V – ولتاژ خروجی.

Imax=1.5A - حداکثر جریان بار.

Pmax=10W - حداکثر توان.

شامل - مثبت - نوع اتصال.

این مدار منبع تغذیه معمولی است.

برنج. 3. بلوک فرستنده.

جدول 1. ویژگی های PKUP MUP-3

	معنی
پهنای باند انتشار در سطح 0.5 کیلوهرتز
پهنای باند دریافت سطح 0.5، کیلوهرتز
حداکثر در سطح 0.7
حداکثر در سطح 0.5
ظرفیت خازنی در 1 کیلوهرتز، pF
امپدانس ورودی در فرکانس حداکثر تابش، کیلو اهم
محدود کردن ارزش مجازولتاژ سیگنال ورودی، V

ترانزیستورهای دوقطبی از نوع n-p-n KT972 مورد استفاده در مدار دارای پارامترهای زیر هستند:

Ukboyi=60V - حداکثر مجاز ولتاژ ضربه ای پایه کلکتور.

Ukeoi=60V - حداکثر ولتاژ پالس کلکتور-امیتر مجاز.

Ikmaxi=4000mA - حداکثر جریان پالس کلکتور مجاز.

Pkmaxt=8W - حداکثر اتلاف توان ثابت کلکتور با سینک حرارتی.

H31e≥750 - ضریب انتقال جریان ساکن یک ترانزیستور دوقطبی در یک مدار با یک امیتر مشترک.

Ikbo≤1000mkA - جریان معکوس کلکتور؛

Fgr≥200MHz - فرکانس قطع ضریب انتقال جریان در مدار با امیتر مشترک.

برنج. 4. بلوک گیرنده.

بلوک گیرنده در شکل نشان داده شده است. 4. واحد گیرنده مطابق مدار تقویت کننده با امیتر مشترک ساخته شده است. حداکثر بهره برای تقویت کننده امیتر مشترک از نسبت مقاومت های R19 و R22 محاسبه می شود. آن ها 10000/10=1000. مقاومت های R16 و R18 برای تثبیت نقطه کار ترانزیستور عمل می کنند. نسبت رتبه های آنها موقعیت نقطه کار ترانزیستور T6 را تعیین می کند. مقاومت R13 هنگامی که سیگنالی از تقویت کننده وجود ندارد، خروجی گیرنده را به زمین می کشد. مقاومت R17 برای تنظیم حالت حساسیت سنسور اولتراسونیک Qz3 استفاده می شود. خازن های C7 و C8 جزء DC را فیلتر می کنند. یک مبدل اولتراسونیک پیزوسرامیک MUP-4 به عنوان امیتر Qz3 استفاده شد (زیرا به گفته سازنده حساسیت به اندازه کافی بالایی دارد) که مشخصات اصلی آن در جدول 2 ارائه شده است.

جدول 2. ویژگی های PKUP MUP-4

نام پارامتر، واحد اندازه گیری	معنی
فرکانس حداکثر دنده، کیلوهرتز
فشار صدا در فاصله 0.3 متر در Uin=5V در فرکانس حداکثر تابش، دسی بل
حساسیت در فرکانس حداکثر دریافت، mV/Pa
پهنای باند انتشار در سطح 0.5 کیلوهرتز
پهنای باند دریافت سطح 0.5، کیلوهرتز
الگوی تشعشع، درجه
حداکثر در سطح 0.7 درس >> ارتباطات و ارتباطات ... اولتراسونیکلوازم خانگی به دلیل کوچک بودن امکان پذیر نیست دامنهاقدامات ... توسط وسایل نقلیه بزرگ. تنظیم دامنه اندازه گیری هاسه سطح حساسیت وجود دارد ... عملکردی آنالوگ و دیجیتال دستگاه ها. با استفاده از فناوری BCDIII ... ارتقای اثربخشی حفاظت در برابر مهمات با فیوزهای رادیویی بر اساس اجرای روش ها چکیده >> ارتباطات و ارتباطات برای تشخیص سیگنال، - زمان اندازه گیری هاپارامترهای اصلی سیگنال؛ - زمان ... -1 اساس گره حافظه 3 است اولتراسونیکخطوط تاخیر و سوئیچینگ الکترونیکی آنها ... توسعه اقدامات موثر و دستگاه هاافزایش شعاع دامنهکار SP RV. ...

مسافت یابوسیله ای برای اندازه گیری فاصله از یک جسم است. فاصله یاب به ربات ها در موقعیت های مختلف کمک می کند. یک ربات چرخ دار ساده می تواند از این وسیله برای تشخیص موانع استفاده کند. یک پهپاد پرنده از یک فاصله یاب برای شناور شدن بر روی زمین استفاده می کند ارتفاع داده شده. با کمک فاصله یاب، حتی می توانید با استفاده از یک الگوریتم SLAM، نقشه ای از اتاق بسازید.

1. اصل عملیات

این بار ما عملکرد یکی از محبوب ترین سنسورها - یک فاصله یاب اولتراسونیک (ایالات متحده) را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد. بسیاری از تغییرات مختلف در چنین دستگاه هایی وجود دارد، اما همه آنها بر اساس اصل اندازه گیری زمان عبور صدای منعکس شده کار می کنند. یعنی سنسور می فرستد سیگنال صوتیدر یک جهت معین، سپس پژواک منعکس شده را می گیرد و زمان پرواز صدا از سنسور به مانع و عقب را محاسبه می کند. از دوره مدرسه فیزیک می دانیم که سرعت صوت در یک محیط خاص یک مقدار ثابت است، اما به چگالی محیط بستگی دارد. با دانستن سرعت صوت در هوا و زمان رسیدن صدا به هدف، می توانیم مسافت طی شده توسط صوت را با استفاده از فرمول محاسبه کنیم: s = v*tکه در آن v سرعت صوت بر حسب m/s و t زمان بر حسب ثانیه است. سرعت صوت در هوا، 340.29 متر بر ثانیه است. برای مقابله با وظیفه خود، فاصله یاب دو مهم دارد ویژگی های طراحی. اولاً، برای اینکه صدا به خوبی از موانع منعکس شود، مبدل فراصوت را با فرکانس 40 کیلوهرتز منتشر می کند. برای انجام این کار، سنسور دارای یک امیتر پیزوسرامیک است که قادر به تولید صدایی با چنین فرکانس بالایی است. ثانیاً، ساطع کننده به گونه ای طراحی شده است که صدا در همه جهات (مانند بلندگوهای معمولی) منتشر نمی شود، بلکه در یک جهت باریک پخش می شود. شکل الگوی تابش یک مسافت یاب اولتراسونیک معمولی را نشان می دهد. همانطور که در نمودار می بینید، زاویه دید ساده ترین فاصله یاب اولتراسونیک تقریباً 50-60 درجه است. برای استفاده معمولی، زمانی که سنسور موانع روبروی خود را تشخیص می دهد، این زاویه دید کاملا مناسب است. سونوگرافی حتی می تواند پای صندلی را تشخیص دهد، در حالی که برای مثال یک فاصله یاب لیزری ممکن است متوجه آن نشود. اگر تصمیم بگیریم فضای اطراف را اسکن کنیم و مسافت یاب را به صورت دایره ای مانند رادار بچرخانیم، مسافت یاب اولتراسونیک تصویری بسیار نادرست و پر سر و صدا به ما می دهد. برای چنین اهدافی، بهتر است فقط از فاصله یاب لیزری استفاده کنید. همچنین باید به دو نقص جدی مسافت یاب اولتراسونیک اشاره کرد. اولین مورد این است که سطوح متخلخل فراصوت را به خوبی جذب می کنند و سنسور نمی تواند فاصله آنها را اندازه گیری کند. به عنوان مثال، اگر تصمیم بگیریم فاصله یک مولتیکوپتر تا سطح یک زمین چمن بلند را اندازه گیری کنیم، به احتمال زیاد داده های بسیار مبهم به دست خواهیم آورد. هنگام اندازه گیری فاصله تا دیواری که با لاستیک فوم پوشیده شده است، همین مشکلات در انتظار ما است. ایراد دوم مربوط به سرعت است. موج صوتی. این سرعت به اندازه کافی سریع نیست که فرآیند اندازه گیری را تکرار کند. فرض کنید در فاصله 4 متری جلوی ربات مانعی وجود دارد. برای اینکه صدا به جلو و عقب پرواز کند، 24 میلی ثانیه طول می کشد. قبل از قرار دادن فاصله یاب اولتراسونیک روی ربات های پرنده باید 7 بار اندازه گیری شود.

2. فاصله سنج اولتراسونیک HC-SR04

در این آموزش با سنسور HC-SR04 و کنترلر آردوینو Uno کار خواهیم کرد. این مسافت یاب محبوب می تواند فواصل 1-2 سانتی متر تا 4-6 متر را اندازه گیری کند. در عین حال، دقت اندازه گیری 0.5 - 1 سانتی متر است. نسخه های مختلفهمان HC-SR04. برخی بهتر عمل می کنند، برخی دیگر بدتر. شما می توانید آنها را با الگوی تخته پشتی تشخیص دهید. نسخه ای که به خوبی کار می کند به شکل زیر است:

و در اینجا نسخه ای است که ممکن است شکست بخورد:

3. اتصال HC-SR04

سنسور HC-SR04 دارای چهار خروجی است. علاوه بر زمین (Gnd) و قدرت (Vcc)، Trig و Echo نیز وجود دارد. هر دوی این خروجی ها دیجیتال هستند، بنابراین ما آنها را به هر خروجی Arduino Uno متصل می کنیم:

HC-SR04	GND	VCC	ماشه	اکو
آردوینو اونو	GND	+ 5 ولت	3	2

نمودار شماتیک دستگاه ظاهر چیدمان

4. برنامه

بنابراین، بیایید سعی کنیم به سنسور دستور دهیم یک پالس اولتراسونیک کاوشگر ارسال کند و سپس بازگشت آن را برطرف کند. بیایید ببینیم نمودار زمان بندی HC-SR04 چگونه به نظر می رسد.
نمودار نشان می دهد که برای شروع اندازه گیری، باید روی خروجی تولید کنیم ماشهیک پالس مثبت با طول 10 میکرو ثانیه. به دنبال این، سنسور یک سری 8 پالس صادر می کند و سطح را در خروجی بالا می برد اکو، در حالی که به حالت آماده به کار سیگنال منعکس شده تغییر می کند. هنگامی که مسافت یاب حس کرد که صدا برگشته است، پالس مثبت را روشن می کند اکو. به نظر می رسد که ما فقط باید دو کار انجام دهیم: ایجاد یک ضربه در Trig برای شروع اندازه گیری، و اندازه گیری طول ضربه در Echo، تا سپس با استفاده از یک فرمول ساده، فاصله را محاسبه کنیم. ما انجام می دهیم. int echoPin = 2; inttrigpin = 3; void setup() ( Serial.begin(9600)؛ pinMode(trigPin, OUTPUT)؛ pinMode(echoPin, INPUT)؛ ) void loop() ( int int, cm; digitalWrite (trigPin, LOW); delayMicroseconds(2) DigitalWrite (trigPin، HIGH)؛ تاخیرMicroseconds(10)؛ digitalWrite(trigPin، LOW؛ duration = pulseIn(echoPin, HIGH)؛ cm = duration / 58؛ Serial.print(cm); Serial.println("cm")؛ تاخیر (100)؛ تابع pulseInطول پالس مثبت روی پای اکو پین را در میکروثانیه اندازه گیری می کند. در برنامه زمان پرواز صدا را در مدت زمان متغیر ثبت می کنیم. همانطور که قبلا متوجه شدیم، باید زمان را در سرعت صوت ضرب کنیم: s = مدت زمان * v = مدت زمان * 340 متر بر ثانیهسرعت صوت را از m/s به cm/μs ترجمه می کنیم: s = مدت زمان * 0.034 m/μsبرای راحتی، کسر اعشاری را به یک کسر معمولی تبدیل می کنیم: s = مدت زمان * 1/29 = مدت زمان / 29و حالا به یاد بیاوریم که صدا دو مسافت دلخواه را طی کرد: تا هدف و عقب. بیایید همه چیز را بر 2 تقسیم کنیم: s = مدت / 58حالا می دانیم که عدد 58 از کجا در برنامه آمده است! برنامه را روی آردوینو Uno بارگذاری می کنیم و مانیتور پورت سریال را باز می کنیم. حالا بیایید سعی کنیم سنسور را به سمت اجسام مختلف بگیریم و به فاصله محاسبه شده روی مانیتور نگاه کنیم.

وظایف

اکنون که می دانیم چگونه مسافت را با فاصله یاب محاسبه کنیم، بیایید چند دستگاه مفید بسازیم.

1. مسافت یاب ساخت و ساز. این برنامه با استفاده از مسافت یاب فاصله را هر 100 میلی‌ثانیه اندازه‌گیری می‌کند و نتیجه را روی نمایشگر LCD کاراکتری نمایش می‌دهد. برای راحتی، دستگاه به دست آمده را می توان در یک جعبه کوچک قرار داد و با باتری تغذیه کرد.
2. عصای اولتراسونیک. بیایید برنامه ای بنویسیم که بسته به فاصله اندازه گیری شده، با یک زنگ در فرکانس های مختلف "بوق" می دهد. به عنوان مثال، اگر فاصله تا مانع بیش از سه متر باشد، زنگ هر نیم ثانیه یک بار صدایی را منتشر می کند. در فاصله 1 متر - هر 100 میلی ثانیه یک بار. کمتر از 10 سانتی متر - به طور مداوم بوق می دهد.

نتیجه

فاصله یاب اولتراسونیک یک سنسور با کاربری آسان، ارزان و دقیق است که بر روی هزاران ربات به خوبی عمل می کند. همانطور که از درس متوجه شدیم، سنسور دارای معایبی است که باید در هنگام ساخت ربات در نظر گرفته شود. تصمیم خوبمی تواند باشد اشتراک گذاریفاصله یاب اولتراسونیک با لیزر جفت شده است. در این صورت کاستی های یکدیگر را جبران می کنند.

2

مسافت یاب یکی از پرطرفدارترین ابزارها در هر سایت ساختمانی است، خواه تعمیرات خانه باشد یا ساخت و ساز در مقیاس بزرگ.

دو نوع اصلی فاصله یاب وجود دارد: اولتراسونیک و لیزر. و با توجه به عملکرد آنها به خانگی و حرفه ای تقسیم می شوند.

مسافت یاب التراسونیک

اصل کار یک فاصله یاب اولتراسونیک شبیه به یک اکو صداگیر است و بر اساس انعکاس صدا از جسم اندازه گیری شده است. مزیت اصلی چنین مسافت یاب هایی است قیمت پایینکه آنها را برای استفاده در منزل و بازسازی آپارتمان ایده آل می کند. تا به امروز، هزینه متوسط ​​دستگاه از دو تا سه هزار روبل متغیر است.

مزایای

• اندازه گیری فاصله تا اشیایی که نور را از خود عبور می دهند مانند پنجره ها.
• دماسنج داخلی - اغلب ویژگی مفیددر محل ساخت و ساز به عنوان مثال، اگر لازم است رژیم دمایی برای خشک کردن مخلوط بتن رعایت شود.
• نشانگر لیزری هدف گیری به سمت شی اندازه گیری را ساده می کند. (در همه مدل ها موجود نیست)

ایرادات

• برد عملکرد دستگاه به دلیل پراکندگی امواج صوتی از 20-25 متر بیشتر نمی شود.
• دقت اندازه گیری نسبتا پایین
• جسم اندازه گیری باید به اندازه کافی بزرگ باشد و سطح آن نباید صدا را جذب کند.

اگر به دقت بالایی نیاز ندارید، فاصله یاب اولتراسونیک ارزش انتخاب را دارد. چنین دستگاهی برای تخمین فواصل و محاسبات اولیه عالی است.

مسافت یاب لیزری

طیف وسیعی از اندازه گیری های نوار لیزری شامل لوازم خانگی است که فقط کمی گران تر از اولتراسونیک هستند و موارد حرفه ای با چند ده هزار روبل. بنابراین، شما می توانید یک فاصله یاب برای هر بودجه و کار انتخاب کنید.

مزایای

• محدوده اندازه گیری از 30 تا 250 متر (برخی مدل های حرفه ای).
• دقت اندازه گیری بالا ± 1-5 میلی متر در کل محدوده.
• اندازه گیری فاصله حتی تا اجسام بسیار کوچک مانند سر ناخن.
• عملکرد محاسباتی گسترده حتی برای ساده ترین مدل ها: مساحت، حجم، قضیه فیثاغورث و غیره.

ایرادات

• کار نادرست در نور شدید و در هوای آفتابی. (مشکل با استفاده از بازتابنده های مخصوص حل می شود).
• عدم توانایی در اندازه گیری فاصله تا پنجره ها و آینه ها.

علیرغم کاستی های جزئی، حتی ساده ترین فاصله یاب لیزری از بسیاری جهات از فاصله یاب اولتراسونیک بهتر عمل می کند. دقت و تطبیق پذیری خوبی در استفاده به دست می آورید. اگر مدل‌های گران‌تری را در نظر بگیرید، دریافت می‌کنید کل خطویژگی های مفید:

• حافظه داخلی به شما این امکان را می دهد که یک سری اندازه گیری ها را بدون حواس پرتی با ثبت نتایج متوسط ​​انجام دهید.
• توابع تحلیلی: محاسبه زاویه، ارتفاع مجهول و غیره.
• شروع اندازه گیری روی تایمر با حذف جابجایی دستگاه هنگام فشار دادن کلیدها، خطای اندازه گیری را کاهش می دهد.
• همگام سازی با گوشی هوشمند برای انتقال تمام نتایج اندازه گیری به نقشه ها.

نتیجه گیری

با پیشرفت تکنولوژی، مسافت یاب های اولتراسونیک به دلیل دقت و تطبیق پذیری به تدریج در پس زمینه محو می شوند و جای خود را به لیزری می دهند. تفاوت هزینه ها بیشتر و بیشتر می شود و امروزه همه می توانند یک مسافت یاب لیزری بخرند.

چند نکته:
تمام جزئیات مورد نیاز برای ایجاد فاصله یاب اولتراسونیک طبق این طرح در chipidip فروخته می شود ، برای همه چیز حدود 500-900 روبل هزینه دارد (دقیقاً به یاد ندارم - پول زیادی وجود داشت ، من حساب نکردم :-) . (مسکن، توییتر، کانکتور و غیره)
برخی از نظرات در مورد مدار مسافت یاب اولتراسونیک:
1. می توانید از هر توییتر استفاده کنید، انواع مختلف برای کارهای مختلف بهتر است ... برای کار من - هر چه ابعاد بزرگتر باشد، بهتر است، زاویه 50 باشد.
2. می توانید سعی کنید فقط از یک AD822 نسبتاً گران قیمت استفاده کنید و مقایسه کننده را با چیزی ارزان تر جایگزین کنید (من اصلاً چیز دیگری در دست نداشتم)
3. در مگا برای تولید 40 کیلوهرتز، می توانید از یک تایمر استفاده کنید، برای این کار باید رزوناتور دیگری را انتخاب کنید. (من فقط 16 و 12 داشتم.. مناسب نیستند)
4. سرعت صوت در هوا در واقع به دما بستگی دارد - اگر دقت بسیار مهم است (به آن اهمیتی نمی دهم)، پس این را در نظر بگیرید.
5. توجه داشته باشید - در عکس فاصله یاب داخل کیس - توییترها به پلاستیک دست نمی زنند - یک نفر گفت که با تنظیم مگا دقیق (این مدار هم این قابلیت را دارد) صدای توییتر به میکروفون از طریق کیس منتقل می شود، بنابراین بهتر است آن را ایمن بازی کنید
6. نمونه ای از ساده ترین سیستم عامل مگا در C (تحت این طرح) قابل مشاهده است
7. بهتر است از برنامه نویس STK200 / 300 aka avreal استفاده کنید - می توانید نرم افزار و مدار را بکشید.
8. با توجه به ذهن، در سیستم عامل لازم است که هم ابتدا و هم انتهای "بسته" را دنبال کنید، در مثال فقط ابتدا (دقت به طور خاص افزایش می یابد) .. شاید من آن را اضافه کنم - من آن را پست خواهم کرد.
9. توییتر 40 کیلوهرتز رو خیلی دوست داره - یه کم کنارش اصلا درست نیست ... احتمالا تو دفترچه راهنما حقیقت رو مینویسن که رزونانس داره :-)
10. روی مدار بی دلیل نیست که ترانزیستورها تو امیتر پر میشن - اونایی که میخوان بیشتر از 12 ولت بدهند - خوش اومدی - یه نفر گفت بلندتر میزنه (بیشتر بشمار). من این کار را به سه دلیل انجام ندادم: اولاً من هنوز باید 24 ولت را در جای دیگری پیدا کنم و دوم اینکه نسخه فعلی با تنظیمات مقاومت مربوطه دیوار را در فاصله 4 متری می بیند. من جایی برای تست کردن ندارم و نیازی هم ندارم. خب، دلیل سوم که همین شخص گفت که توییترها در این ولتاژ می میرند
11. توصیه کلی: می توانید تمام مقاومت ها و خازن ها را در یک منبع تغذیه غیرفعال از رایانه ATX پیدا کنید (همه آنها حدود 1/8 وات هستند) - در هزینه صرفه جویی خواهید کرد!
12. این عقیده اشتباه که سونوگرافی منتشر شده توسط جیر جیر به نوعی توسط سگ ها و موجودات دیگر شنیده می شود، تأثیر بدی روی آنها می گذارد: سگ من یک شب آمد و در مقابل صدای جیغ روشن خوابید.
13. همچنین - توجه به آن بسیار آسان است - مگا و سایر کنترلرهای 8 بیتی از atmel - آنها کاملاً دنبال می کنند.. در برخی کارها به جای 16 مورد تجویز شده 24 و به طور معمول کار می کنند.
14. هنگامی که R5 را بالای کیلوهم (10، 50، 100) تنظیم کنید، یک بهره بسیار بزرگ دریافت خواهید کرد و به احتمال زیاد به یک بوق نیاز خواهید داشت، اما دامنه اندازه گیری بسیار افزایش می یابد.
15. به جای تعمیر بوق ها (با یک R5 بزرگ)، به بالا نگاه کنید، می توانید سیستم عامل را ارتقا دهید تا در زمان اولیه منتظر سیگنال مفید نباشد. اما پس از آن اندازه گیری فواصل حدود 10 سانتی متر یا کمتر غیرممکن خواهد بود.

نظرات در مورد نکته 8 - زرد نشان دهنده لحظه ای است که وقفه فاصله یاب اولتراسونیک در دریافت شروع شد، در واقع، می توانید خود را به همین لحظه اول محدود کنید، کمی صبر کنید و اندازه گیری بعدی را انجام دهید و پالس های بعدی را ایجاد کنید - و در نظر بگیرید زمان پرواز صدا به عنوان زمان از اولین پالس ارسالی (یا دومی مهم نیست) تا زمانی که FIRST پذیرفته شود.
گزینه دوم - که با رنگ قرمز مشخص شده است - دقیق تر است - زیرا انفجار پالس ها، به عنوان یک قاعده، به شکل ایده آل نمی رسد و به طور کامل نمی رسد (ممکن است یک زوج از اولین یا آخرین سه پالس وجود نداشته باشد)، در در واقع، حتی در تصویر می توانید ببینید که در اطراف لبه ها "مسطح" شده است، اگرچه یک مستطیل ایده آل از پالس ها ارسال شده است - و به همین ترتیب: نکته این است که وسط بسته باید در جای خود باقی بماند علیرغم اینکه لبه های آن وجود دارد. ممکن است دیگر توسط مقایسه کننده احساس نشود. پس دقت چند .. (میلی متر، باید فکر کرد) بستگی به این دارد که در فریمور فاصله یاب اولتراسونیک هنگام دریافت آن، وسط یا فقط ابتدای بسته در نظر گرفته شده باشد.