Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения диплом

Вид материала

Диплом

Содержание 1.4 Обзор ультразвуковых систем измерения дальности

Подобный материал:

• Программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности, 1197.59kb.
• Совершенствование системы управления инновацИями в фармацевтической отрасли, 375.66kb.
• Оценка эффективности управленческих решений на основе анализа стоимости интеллектуального, 252.1kb.
• Формирование системы перспективного и стратегического управления инновационным и инвестиционным, 743.53kb.
• Разработка стратегии и системы оценки кадрового потенциала инновационного предприятия, 426.6kb.
• Алгоритмы параметрической идентификации в системах автоматического управления сложными, 388.09kb.
• Оценка и анализ факторов инновационной деятельности промышленного предприятия, 478.42kb.
• Оценка эффективности инновационно-инвестиционных проектов, реализуемых на основе государственно-частного, 379.93kb.
• Авиа и ракетотехника Авиационные двигатели и энергетические установки, 411.75kb.
• Методическое обеспечение организации труда при планировании мелкосерийного производства, 603.15kb.

1.4 Обзор ультразвуковых систем измерения дальности

Бурный прогресс в области электроники и потребности практики обеспечили условия для разработки и использования широкой гаммы ультразвуковых дальномеров. Одним из немаловажных условий широкого распространения такого рода устройств явилась их экономичность и многофункциональностью.


Следует указать, что как таковая среда распространения для ультразвуковых колебаний не ограничивается воздухом.


Ультразвуковой дальномер - устройство для измерения расстояния, бесконтактным способом. Принцип действия ультразвукового дальномера заключается в следующем:

Дальномер состоит из двух частей - приемной и передающей - обе части, как правило, управляются микроконтроллером - он нужен так же для последующей передачи результатов измерения. Расстояние меряется следующим образом: приемная часть излучает через резонирующий элемент пачку импульсов с частотой 40кГц. Отразившись от препятствия ультразвуковой импульс попадает на аудиопреобразователь приемной части и фиксируются схемой.

В качестве примера типового модуля подобного измерителя можно привести модуль «LV-MaxSonar-EZ1» производства MaxBotix inc. внешний вид которого представлен на рисунке 5.


Модуль представляет собой одноканальный измеритель расстояния от 15 см до 6,45 м с разрешением около 25 мм. Модуль предназначается для систем безопасности, ультразвуковых систем ориентации и робототехники.


Особенности модуля:

• установленный ультразвуковой сонар MaxSonar-UT;
  
• схема управления сонаром на базе микроконтроллера PIC16F676;
  
• напряжение питания +2,5...+5В;
  
• ток потребления 2…3мА;
  
• рабочая частота 42кГц;
  
• интервал считывания показаний 50мс (20Гц);
  
• постоянная работа с возможностью управления моментом считывания показаний;
  
• выходные данные: последовательные 9600 бод, 8, 1, N; аналоговые Uпит/512/дюйм; ШИМ 147мкс/дюйм;
  
• удвоенное напряжение управления сонаром (Uпитх2);
  

Другим примером измерителя расстояния подобного класса может служить модуль PING)))™ Ultrasonic Distance Sensor производства Parallax inc. Его внешний вид представлен на рисунке 6. Модуль обладает следующими характеристиками:

• Напряжение питания – 5 В
  
• Ток потребления – 30 mA; 35 mA макс.
  
• Измеряемое расстояние – 2 см to 3 м
  
• Рабочая частота – 40 кГц.
  
• Светодиодный индикатор активности
  

• Период измерения – 200 мкс
  
• Размеры – 22 x 46 мм
  

Измеритель расстояния Devantech SRF08 Range Finder - аналогичный модуль, но с интерфейсом I2C (Рисунок 7). Модуль имеет характеристики:

• Напряжение питания: 5В
  
• Потребляемый ток: 15mA раб. 3mA в режиме ожидания
  
• Рабочая частота 40 кГц
  
• Максимальное измеряемое расстояние 6 м
  
• Минимальное измеряемое расстояние 3 см
  
• Максимальный коэффициент усиления 1025 (32 ступени регулировки)
  

Модуль имеет встроенный дополнительный датчик освещённости. Информация о расстоянии передаётся в виде значений мкс, миллиметров и дюймов. Габаритные размеры – 43 x 20 x 17 mm


Как пример реализации измерителя дальности, интегрированного в составе какого-либо микропроцессорного устройства, а не выполненного в виде законченного модуля, можно привести статью «Ультразвуковое измерение дальности на MSP430» Рисунок 8. [9]


В этом примере описан ультразвуковой дальномер на базе микропотребляющего МК MSP430F413 фирмы Texas Instruments.


Микроконтроллер вычисляет расстояние между прибором и объектом и выводит значение на 2-цифровой ЖКИ со статическим управлением при помощи встроенного ЖК-драйвера. Расстояние отображается с точностью около 2,5 см. Минимально измеряемое расстояние 20см, максимальное измеряемое расстояние – 2.5 м, что определяется физическими характеристиками используемого излучателя. Амплитуда отражённого сигнала зависит от материала объекта, его формы и размера. Звукопоглощающие предметы, такие, как ковры и отражающие объекты небольшой площади плохо отражают сигнал, для таких предметов максимально измеряемое расстояние меньше. В данном приборе также использованы керамические ультразвуковые излучатели на частоту 40 кГц.


Примером ультразвукового дальномера в «индустриальном» исполнении может служить модуль PS-2103A (PASCO) Измеряемое расстояние – от 15 cм to 8 м. На расстояниях до 2м имеется дополнительная защита от шумов и ложных срабатываний (Рисунок 9).

Из проведённого обзора можно сделать следующие выводы:

• Схемы ультразвуковых измерителей расстояния варьируются от простейших, состоящих из нескольких микросхем средней степени интеграции и нескольких дискретных компонентов, до достаточно сложных комплексных систем.
  
• Как показывает анализ, значительная часть ультразвуковых измерителей имеют в своем составе достаточно мощные управляющие микропроцессорные средства.
  
• Все системы ультразвуковых измерителей расстояния можно поделить на 2 группы:
  
  1. Мощные законченные модули в промышленном исполнении с максимальной дальностью примерно до 8 м.
     
  2. Встраиваемые ультразвуковые модули и подсистемы с максимальным измеряемым расстоянием примерно до 2. 5 м.