Tại sao sóng âm thanh là lựa chọn tốt nhất cho nhiều máy dò vị trí?

Vì vậy, tôi hiện đang làm việc trong dự án cuối cùng ở trường trung học của mình, về cơ bản là Radar :) ...

Tôi đang sử dụng trình phát hiện SRF05 để phát hiện các vật thể ở gần bề mặt của thiết bị. Nhiệm vụ hiện tại của tôi là tìm hiểu và tóm tắt tất cả các thành phần khác nhau sẽ được lắp ráp vào cuối. (UART, MAX 232 74HC244, v.v., nếu bạn muốn biết :)

Giáo viên của tôi nói với tôi rằng tôi sẽ càng biết nhiều về các thành phần này, tôi sẽ làm tốt hơn trong công việc của mình và trong các kỳ thi. Vì vậy, đây là câu hỏi của tôi: Tại sao sóng âm thanh là sự lựa chọn tốt nhất cho SRF05? Hơn nữa, tại sao những người UltraSonic? Những lợi ích của việc sử dụng sóng âm thanh, nhưng không phải là sóng ánh sáng vô hình, nhiệt hoặc bất kỳ phương tiện nào khác có thể thực hiện công việc? Ánh sáng, ví dụ, đi nhanh hơn nhiều, do đó tạo ra kết quả tốt hơn và có thể sẽ hiệu quả hơn âm thanh.

Về cơ bản, âm thanh chậm.

Sử dụng âm thanh, bạn có thể dễ dàng xác định thời gian một sóng truyền đến vật thể của bạn và phản xạ lại nó, do đó cho bạn một khoảng cách khá chính xác. Ánh sáng đi quá nhanh cho điều đó, trừ khi bạn đang muốn đo khoảng cách của mặt trăng, nói.

Và tại sao siêu âm? Vì vậy, bạn không thể năm nó. Hãy tưởng tượng nó sẽ khó chịu như thế nào nếu bạn bị buộc phải nghe nó mọi lúc? BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP

Có một số phân tích tại /electronics//a/130095/9006 để trả lời câu hỏi về việc tìm vị trí của một đối tượng.

Ánh sáng, radio và bức xạ nhiệt đều là bức xạ điện từ, và truyền đi rất, rất nhanh. Nó không tự động đúng mà họ cung cấp một kết quả tốt hơn chỉ vì chúng nhanh hơn.

Bức xạ điện từ truyền đi nhanh hơn 1.000.000 lần so với âm thanh. Vì vậy, sẽ dễ dàng hơn nhiều để tạo ra thứ gì đó có thể đo thời gian để âm thanh truyền đi vài mét so với ánh sáng. Âm thanh di chuyển với tốc độ khoảng 0,34 mét mỗi mili giây. Tai và não của bạn đủ tốt để phát hiện thời gian bay trong phòng khoảng 30 mét trở lên.

Một phần của thiết bị điện tử để đo khoảng cách bằng cách sử dụng thời gian của âm thanh là chi phí thấp. Để có được 0,34m, hoặc 34cm, nó cần phải hoạt động ở một mili giây (0,001 giây). Đó là sloooooow cho bất kỳ loại máy tính, mặc dù cũng nhanh hơn nhiều so với một người. Nó tương đối đơn giản để có được 10 lần tốt hơn, 3,4cm, tức là 0,1 mili giây. Đối với siêu âm, ở tần số 38kHz, 0,1 mili giây đó là gần như toàn bộ 4 chu kỳ, nằm trong khả năng của các thiết bị điện tử giá rẻ để đo. Vì vậy, đo 34cm với độ chính xác 10% là điều dễ hiểu và có thể thực hiện được.

Để đo thời gian bay cho 30cm bằng ánh sáng sẽ khó hơn nhiều. Ánh sáng sẽ mất ít hơn 1.000.000 thời gian, hoặc 0,000.001 giây hoặc 1 nano giây. Để đo chính xác đến 3cm sẽ là 0,1 nano giây, nhanh hơn khoảng 3 lần so với một chu kỳ của bộ vi xử lý Intel nhanh nhất. Vì vậy, sẽ khó hơn nhiều khi thực hiện phép đo 30cm đó, và thậm chí khó hơn để có được độ chính xác 10% khi sử dụng thời gian bay. Nó có thể được thực hiện, nhưng không rẻ và dễ dàng như âm thanh. Nó thường không sử dụng thời gian bay, mà thay vào đó là một tính chất khác của sóng ánh sáng.

Lưu ý bên (Chỉnh sửa):
Nếu bạn muốn độ chính xác cao hơn 3,4cm với âm thanh (không phải ánh sáng), làm thế nào bạn có thể làm điều đó? Nó là gì mà làm cho nó khó khăn hơn để có được một lô chính xác hơn với SRF05? Hãy suy nghĩ về điều này và bạn có thể hiểu những gì giới hạn áp đặt SRF05 đã chọn, và từ đó hiểu rõ hơn về hệ thống.

Động vật được biết đến nhiều nhất sử dụng siêu âm là dơi. Họ sử dụng nó để đo phạm vi và vị trí bằng cách sử dụng thời gian bay và hai tai để tìm thông tin hướng. Vì vậy, một phần của hệ thống sinh học của dơi có thể sử dụng thời gian bay đủ tốt để bắt 'thức ăn' (bướm đêm và các côn trùng khác) trong khi nó đang bay. Điều đó rất ấn tượng. Nếu bạn muốn hiểu thêm về cách siêu âm có thể được sử dụng, bạn có thể xem các bài viết về hệ thống định vị tiếng vang của dơi . Nó rất phát triển.

Nhiều động vật khác phát ra siêu âm, ví dụ như loài gặm nhấm và một số côn trùng. Nhưng đối với hầu hết nó là một cơ chế giao tiếp.

Tại sao không sử dụng laser? Đây là một liên kết tuyệt vời mà tôi cảm thấy nó xứng đáng là một câu trả lời: http://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htmlm#liarfi

Toàn bộ trang có đầy đủ thông tin về chủ đề này. Thật khó để trích một đoạn cụ thể vì tất cả đều có liên quan, nhưng đây là một tổng quan tốt về kỹ thuật.

Để có độ phân giải tốt hơn nhiều so với khả năng lấy mẫu đơn giản trong khi vẫn duy trì chi phí thấp, máy đo khoảng cách TOF kỹ thuật số có thể kết hợp bộ nội suy thời gian tương tự chính xác với hệ thống CMOS chạy ở tốc độ 100 MHz. Mạch tương tự để thực hiện điều này là ở nhiều đơn vị sản xuất (cho các ứng dụng khác nhau) - nhưng độ phân giải 5 ps đã đạt được với các thành phần chi phí thấp và trong sản xuất trong 15 năm từ ít nhất một nhà sản xuất. Ý tưởng được nội suy giữa các giai đoạn đếm kỹ thuật số với bộ biến đổi thời gian chính xác thành điện áp sau đó được lấy mẫu bằng vi điều khiển và kết hợp với kết quả bộ đếm kỹ thuật số.

Laser (có thể nhìn thấy hoặc IR), RADAR, vv hoạt động và có thể cho độ chính xác rất cao - với chi phí cao và phức tạp. Đối với laser, bạn cần có đường dẫn quang tốt từ laser đến máy thu và thiết kế mạch cẩn thận để cho phép thời gian truyền tín hiệu đi qua mạch.

Đo khoảng cách thô nhưng rẻ có thể được thực hiện với đèn LED hồng ngoại và điốt quang chỉ bằng cách đo lượng ánh sáng phản xạ từ mục tiêu. Điều này khó có thể hiệu chỉnh chính xác và dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng xung quanh, nhưng nếu bạn chỉ muốn "gần" hoặc "xa" thì có thể là đủ. Đây là kỹ thuật được sử dụng bởi máy ảnh khoảng cách Kinect của Microsoft.

Sóng âm là lựa chọn "tốt nhất" cho SRF05 vì bạn không có lựa chọn nào khác, đó là cảm biến khoảng cách siêu âm.

Tần số siêu âm thường được sử dụng cho các ứng dụng đo lường và chẩn đoán vì lý do tầng nhiễu thấp hơn ở tần số cao hơn.

Nhiệt sẽ cực kỳ khó đo khoảng cách do tính chất khuếch tán nhiệt.

Ánh sáng laser có thể cung cấp kết quả chính xác và đáng tin cậy hơn ở phạm vi dài hơn và chi phí cao hơn, nhưng phải được nhắm chính xác.

Một cảm biến âm thanh siêu âm tích hợp phản ứng tổng thể của môi trường, cho phép xử lý hậu kỳ thông tin để suy luận về khoảng cách đến hơn một điểm.