Μέτρηση Απόστασης Με Υπερήχους

Abstract

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη, σχεδίαση, προσομοίωση και κατασκευή μετρητικής διάταξης της απόστασης των αντικειμένων από αυτή χρησιμοποιώντας την τεχνολογία υπερήχων. Για τον προσδιορισμό της απόστασης μετράται ο χρόνος πτήσης ενός κυματοπακέτου υπερήχων από τη χρονική στιγμή εκπομπής του μέχρι και την επιστροφή του λόγω της ανάκλασής του στην επιφάνεια του εν λόγω αντικείμενου. Η όλη διάταξη ελέγχεται από τον μικροελεγκτή ATMega328 που βρίσκεται ενσωματωμένος στην πλατφόρμα ανοιχτού κώδικα Arduino. Για τον περιορισμό του σφάλματος λόγω της εξάρτησης της ταχύτητας διάδοσης των υπερήχων από τη θερμοκρασία του αέρα υλοποιείται μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας και ακολουθεί υπολογισμός της ακριβούς ταχύτητας διάδοσης. Ο μικροελεγκτής παράγει κυματοπακέτα τετραγωνικών παλμών υπερηχητικής συχνότητας 40 kHz, σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές, τα οποία ενισχύονται στη μονάδα εκπομπού τοπολογίας γέφυρας Η. Για τη λήψη του ανακλώμενου σήματος κατασκευάστηκε μονάδα δέκτη αποτελούμενη από βαθμίδα ενίσχυσης, φώρασης και συγκριτή. Η βαθμίδα ενίσχυσης περιλαμβάνει ενισχυτές σταθερής απολαβής, ζωνοπερατά φίλτρα καθώς και τελικό στάδιο ενισχυτή χρονικά μεταβαλλόμενης απολαβής ελεγχόμενο από τον μικροελεγκτή. Στην συνέχεια το σήμα υπόκειται σε πλήρη ανόρθωση και εφόσον η στάθμη του ξεπεράσει ένα κάτω κατώφλι ο συγκριτής εξάγει σήμα κατάλληλης στάθμης το οποίο αναγνωρίζεται από τον μικροελεγκτή. Ακολουθεί η μέτρηση του χρόνου πτήσης, ο υπολογισμός της απόστασης και τέλος η απεικόνιση της σε συσκευή απεικόνισης (οθόνη LCD Dot matrix). Η μετρητική διάταξη παρουσιάζει σχετικά σφάλματα μικρότερα του 2% για μετρούμενες αποστάσεις που κυμαίνονται μεταξύ ενός και πέντε μέτρων. Υπάρχει δυνατότητα μέτρησης είτε του πλησιέστερου αντικειμένου με μεγάλη ακρίβεια είτε πολλών αντικειμένων στο παραπάνω εύρος των αποστάσεων.