अल्ट्रासोनिक रेंज फाइंडर डिजाइन और अनुप्रयोग विश्लेषण
यह पेपर अल्ट्रासोनिक ट्रांसमिशन में दूरी और समय के बीच संबंध का उपयोग करता है, और नियंत्रण और डेटा प्रोसेसिंग के लिए AT89C51 सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर का उपयोग करता है, और एक अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर डिजाइन करता है जो दो बिंदुओं के बीच की दूरी को माप सकता है। रेंजफाइंडर मुख्य रूप से एक अल्ट्रासोनिक ट्रांसमीटर सर्किट, एक अल्ट्रासोनिक रिसीवर सर्किट, एक सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर नियंत्रण सर्किट, एक परिवेश तापमान पहचान सर्किट और एक डिस्प्ले सर्किट से बना होता है। डिज़ाइन किए गए अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर का उपयोग करके, विभिन्न दूरियों का परीक्षण किया जाता है, और एक विस्तृत त्रुटि विश्लेषण किया जाता है।
अल्ट्रासोनिक दूरी मापने वाला माइक्रोकंट्रोलर तापमान सेंसर
समाज के विकास के साथ, लोगों की दूरी या लंबाई माप के लिए उच्च और उच्चतर आवश्यकताएं होती हैं। इसकी गैर-संपर्क माप और अपेक्षाकृत उच्च परिशुद्धता के कारण अल्ट्रासोनिक रेंजिंग पर अधिक ध्यान दिया जाता है। इस पेपर में डिज़ाइन किया गया अल्ट्रासोनिक रेंज फाइंडर विभिन्न दूरियों का परीक्षण कर सकता है और विस्तृत त्रुटि विश्लेषण कर सकता है।
1. डिजाइन सिद्धांत
अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर बाधाओं का सामना करते समय वापस परावर्तित होने वाली अल्ट्रासोनिक तरंगों की विशेषताओं पर आधारित है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसमीटर एक निश्चित दिशा में अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्सर्जन करता है, और उत्सर्जन के साथ ही समय भी शुरू कर देता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें हवा में फैलती हैं, और रास्ते में बाधाओं का सामना करने पर तुरंत लौट आती हैं, और परावर्तित तरंग प्राप्त होने पर अल्ट्रासोनिक रिसीवर तुरंत बाधित हो जाता है और समय बंद कर देता है। उत्पन्न तरंगों के उत्सर्जित होने के बाद बाधाओं द्वारा परावर्तित प्रतिध्वनि का लगातार पता लगाकर, उत्सर्जित अल्ट्रासोनिक तरंगों और प्राप्त प्रतिध्वनि के बीच समय अंतर टी को मापा जाता है, और फिर दूरी एल की गणना की जाती है। मूल रेंजिंग फॉर्मूला है: L=(△t/2)*C
जहाँ L - मापी जाने वाली दूरी
टी - संचरित तरंग और परावर्तित तरंग के बीच का समय अंतराल
C—-हवा में अल्ट्रासोनिक तरंगों की ध्वनि की गति, जिसे कमरे के तापमान पर 340m/s के रूप में लिया जाता है
ध्वनि की गति निर्धारित होने के बाद, अल्ट्रासोनिक तरंगों के राउंड-ट्रिप समय को मापकर एल प्राप्त किया जा सकता है।
2. अल्ट्रासोनिक रेंज फाइंडर डिजाइन लक्ष्य
मापने की दूरी: 5 मीटर के भीतर; एलईडी के माध्यम से दो बिंदुओं के बीच की दूरी को सही ढंग से प्रदर्शित किया जा सकता है; त्रुटि 5 प्रतिशत से कम है.
3. डेटा माप और विश्लेषण
1. डेटा माप और विश्लेषण
वास्तविक माप कार्य की सीमाओं के कारण, एक मीटर से नीचे 30 सेमी, 50 सेमी, 70 सेमी, 80 सेमी, 90 सेमी और 100 सेमी की छह दूरियों को माप के लिए चुना गया था, और माप डेटा प्राप्त करने के लिए प्रत्येक दूरी को लगातार सात बार मापा गया था (तापमान: 29) डिग्री), जैसा कि तालिका में दिखाया गया है। तालिका में डेटा से यह देखा जा सकता है कि मापा गया मूल्य आम तौर पर वास्तविक मूल्य से कुछ सेंटीमीटर बड़ा होता है, लेकिन निरंतर माप की सटीकता अपेक्षाकृत अधिक होती है।
मापे गए डेटा के प्रत्येक सेट के लिए, अधिकतम मूल्य और न्यूनतम मूल्य हटा दिया जाता है, और फिर औसत मूल्य की गणना की जाती है, जिसे अंतिम माप डेटा के रूप में उपयोग किया जाता है, और अंत में तुलनात्मक विश्लेषण किया जाता है। डेटा के इस प्रसंस्करण में कुछ हद तक विज्ञान और तर्कसंगतता भी होती है। तालिका में डेटा से, हालांकि तापमान मुआवजा अल्ट्रासोनिक तरंग पर किया गया है, अपेक्षाकृत कम दूरी की माप में सापेक्ष त्रुटि अपेक्षाकृत बड़ी है। विशेष रूप से 30 सेमी और 50 सेमी की दूरी माप के लिए, सापेक्ष त्रुटियां क्रमशः 5 प्रतिशत और 4.8 प्रतिशत तक पहुंच गईं। लेकिन सभी माप परिणामों से, इस डिज़ाइन की त्रुटि अपेक्षाकृत छोटी और अपेक्षाकृत स्थिर है। इस डिज़ाइन का ब्लाइंड एरिया लगभग 22.6 सेमी है, जो मूल रूप से डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा करता है।
2. त्रुटि विश्लेषण
रेंजिंग त्रुटि मुख्यतः निम्नलिखित पहलुओं से आती है:
(1) अल्ट्रासोनिक संचारण और प्राप्त जांच और मापा बिंदु के बीच एक निश्चित कोण होता है, जो सीधे माप दूरी के अधिकतम मूल्य को प्रभावित करता है; (2) अल्ट्रासोनिक इको ध्वनि की तीव्रता सीधे मापी जाने वाली दूरी से संबंधित होती है, इसलिए वास्तविक माप जरूरी नहीं कि यह इको का शून्य-क्रॉसिंग ट्रिगर हो; (3) कच्चे उपकरणों के कारण वास्तविक माप दूरी में भी त्रुटियाँ होती हैं। ऐसे कई कारक हैं जो माप त्रुटि को प्रभावित करते हैं, जिनमें क्षेत्र पर्यावरण हस्तक्षेप, समय आधार पल्स आवृत्ति आदि शामिल हैं।
4. अनुप्रयोग विश्लेषण
वायुमंडल में ज़मीन की दूरी मापने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग एक ऐसी तकनीक है जिसे आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक तकनीक के विकास के बाद ही औपचारिक रूप से लागू किया गया है। चूंकि अल्ट्रासोनिक रेंजिंग एक गैर-संपर्क पहचान तकनीक है, यह प्रकाश, मापी गई वस्तु के रंग आदि से प्रभावित नहीं होती है और इसका उपयोग कठोर वातावरण में किया जा सकता है। (जैसे कि धूल युक्त) में एक निश्चित अनुकूलन क्षमता होती है। इसलिए, यह अत्यंत बहुमुखी है. उदाहरण के लिए: स्थलाकृतिक मानचित्रों का सर्वेक्षण और मानचित्रण, घरों, पुलों, सड़कों का निर्माण, खदानों, तेल के कुओं आदि की खुदाई, जमीन की दूरी को मापने के लिए अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करना फोटोइलेक्ट्रिक तकनीक का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर के फायदे हैं: उपकरण की लागत प्रकाश तरंग रेंजफाइंडर की तुलना में कम है, कम श्रम-बचत, संचालित करने में आसान है।
अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर का उपयोग उन्नत रोबोट प्रौद्योगिकी में भी किया जाता है। रोबोट पर अल्ट्रासोनिक स्रोत स्थापित किया गया है, जो लगातार आसपास के वातावरण में अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्सर्जन करता है और साथ ही रोबोट की अपनी स्थिति निर्धारित करने के लिए बाधाओं से परावर्तित गूँज प्राप्त करता है, और इसे रोबोट को नियंत्रित करने के लिए सेंसर के रूप में उपयोग करता है। कंप्यूटर वगैरह. चूँकि अल्ट्रासोनिक तरंगें दिशात्मक उत्सर्जन में आसान, अच्छी दिशात्मकता और तीव्रता को नियंत्रित करने में आसान होती हैं, इसलिए इसके अनुप्रयोग मूल्य को व्यापक रूप से महत्व दिया गया है।
एक शब्द में, उपरोक्त विश्लेषण से यह देखा जा सकता है कि अल्ट्रासोनिक रेंजिंग का उपयोग करने से कई पहलुओं में कई फायदे हैं। इसलिए, इस विषय का शोध बहुत व्यावहारिक और व्यावसायिक रूप से मूल्यवान है।
