ทำไมคลื่นเสียงจึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องตรวจจับตำแหน่งหลายเครื่อง

ดังนั้นฉันกำลังทำงานในโครงการสุดท้ายของโรงเรียนมัธยมซึ่งเป็น Radar :)

ฉันใช้เครื่องตรวจจับSRF05เพื่อตรวจจับวัตถุที่อยู่ใกล้พื้นผิวของอุปกรณ์ การมอบหมายปัจจุบันของฉันคือการเรียนรู้และสรุปส่วนประกอบต่าง ๆ ทั้งหมดที่จะประกอบในตอนท้าย (UART, MAX232 74HC244 ฯลฯ หากคุณต้องการทราบ :)

ครูของฉันบอกฉันว่ายิ่งฉันรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบเหล่านี้มากเท่าไหร่ฉันก็ยิ่งทำงานได้ดีขึ้น นี่คือคำถามของฉัน: ทำไมคลื่นเสียงจึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับ SRF05 นอกจากนี้ทำไมต้องใช้ UltraSonic ประโยชน์ของการใช้คลื่นเสียงคืออะไร แต่ไม่ใช่คลื่นแสงที่มองไม่เห็นความร้อนหรือวิธีการอื่นใดที่สามารถใช้งานได้? ตัวอย่างเช่นแสงเดินทางเร็วกว่ามากจึงสร้างผลลัพธ์ที่ดีกว่าและอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าเสียง

โดยทั่วไปเสียงจะช้า

การใช้เสียงช่วยให้คุณสามารถกำหนดระยะเวลาที่คลื่นเคลื่อนไปยังวัตถุของคุณและสะท้อนออกมาได้อย่างง่ายดาย ความสว่างนั้นไปเร็วเกินไปถ้าคุณไม่ต้องการวัดระยะทางของดวงจันทร์

และทำไมล้ำเสียง? ดังนั้นคุณไม่สามารถปีมัน ลองนึกภาพว่ามันน่ารำคาญแค่ไหนถ้าคุณถูกบังคับให้ได้ยินมันตลอดเวลา? BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP

มีการวิเคราะห์บางอย่างที่/electronics//a/130095/9006เพื่อตอบคำถามเกี่ยวกับการค้นหาตำแหน่งของวัตถุ

แสงวิทยุและการแผ่รังสีความร้อนเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดและเดินทางเร็วมาก ไม่เป็นความจริงโดยอัตโนมัติว่าพวกเขาให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าเพียงเพราะเร็วขึ้น

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางเร็วกว่าเสียง 1,000,000 เท่า ดังนั้นมันจึงเป็นมากง่ายที่จะทำให้บางสิ่งบางอย่างซึ่งสามารถวัดเวลาที่ใช้เพื่อให้ได้เสียงที่จะเดินทางไปไม่กี่เมตรกว่านั้นสำหรับแสง เสียงเดินทางที่ประมาณ 0.34 เมตรต่อมิลลิวินาที หูและสมองของคุณดีพอที่จะตรวจจับเวลาบินในห้องประมาณ 30 เมตรหรือมากกว่า

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้วัดระยะทางโดยใช้เวลาเดินทางด้วยเสียงนั้นมีราคาต่ำ ในการรับ 0.34 ม. หรือ 34 ซม. จะต้องทำงานที่หนึ่งมิลลิวินาที (0.001 วินาที) สิ่งที่เลอะเทอะสำหรับคอมพิวเตอร์ทุกประเภทแม้ว่าจะเร็วกว่าคนมาก มันค่อนข้างจะตรงไปตรงมาเพื่อให้ได้ 10x ที่ดีขึ้น 3.4 ซม. ซึ่งก็คือ 0.1 มิลลิวินาที สำหรับอัลตร้าซาวด์ที่ 38kHz นั้นมีค่า 0.1 มิลลิวินาทีเกือบ 4 รอบซึ่งอยู่ในขีดความสามารถของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาถูกในการวัด ดังนั้นการวัด 34 ซม. ที่มีความแม่นยำ 10% นั้นเป็นที่เข้าใจและทำได้

หากต้องการวัดเวลาเดินทางด้วยแสง 30 ซม. จะยากกว่ามาก แสงจะใช้เวลาน้อยกว่า 1,000,000 หรือ 0.000,000,001 วินาทีหรือ 1 นาโนวินาที ในการวัดความแม่นยำถึง 3 ซม. จะเป็น 0.1 นาโนวินาทีซึ่งเร็วกว่าประมาณ 3 เท่าของรอบหนึ่งของไมโครโปรเซสเซอร์ที่เร็วที่สุดของ Intel ดังนั้นจะเป็นการยากกว่าที่จะทำการวัดที่ 30 ซม. และยิ่งยากที่จะได้รับความแม่นยำ 10% โดยใช้เวลาบิน สามารถทำได้ แต่ไม่ถูกและง่ายเหมือนเสียง โดยทั่วไปจะไม่ใช้เวลาเดินทาง แต่กลับเป็นคุณสมบัติที่แตกต่างของคลื่นแสงแทน

หมายเหตุด้านข้าง (แก้ไข):
หากคุณต้องการความแม่นยำมากกว่า 3.4 ซม. พร้อมเสียง (ไม่ใช่แสง) คุณจะทำอย่างไร อะไรที่ทำให้การวัด SRF05 มีความแม่นยำมากขึ้น ลองนึกถึงสิ่งนี้และคุณอาจเข้าใจว่าข้อ จำกัด ของ SRF05 ที่เลือกนั้นทำให้เกิดความเข้าใจระบบได้ดีขึ้น

สัตว์ที่รู้จักกันดีซึ่งใช้อัลตร้าซาวด์เป็นค้างคาว พวกมันใช้สำหรับการวัดระยะและตำแหน่งโดยใช้เวลาบินและสองหูเพื่อค้นหาข้อมูลทิศทาง ดังนั้นส่วนหนึ่งของระบบชีวภาพของค้างคาวจึงสามารถใช้เวลาบินของเสียงได้ดีพอที่จะจับ 'อาหาร' (แมลงเม่าและแมลงอื่น ๆ ) ในขณะที่มันกำลังบิน นั่นเป็นเรื่องที่น่าประทับใจมาก หากคุณต้องการทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการใช้อุลตร้าซาวด์คุณสามารถดูบทความเกี่ยวกับระบบecho locationของค้างคาว มันได้รับการพัฒนาอย่างมาก

สัตว์อื่น ๆ จำนวนมากปล่อยอัลตร้าซาวด์เช่นหนูและแมลงบางชนิด แต่ส่วนใหญ่มันเป็นกลไกการสื่อสาร

ทำไมไม่ใช้เลเซอร์ นี่คือลิงค์ที่ยอดเยี่ยมที่ฉันรู้สึกว่าสมควรได้รับคำตอบ: http://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

หน้าทั้งหมดเต็มไปด้วยข้อมูลเกี่ยวกับเรื่อง เป็นการยากที่จะตัดตอนย่อหน้าเฉพาะเนื่องจากเกี่ยวข้องทั้งหมด แต่นี่เป็นภาพรวมที่ดีของเทคนิค

สำหรับความละเอียดที่ดีกว่าที่จะเป็นไปได้ด้วยการสุ่มตัวอย่างอย่างง่าย ๆ ในขณะที่ยังคงรักษาต้นทุนที่ต่ำเครื่องส่งสัญญาณดิจิตอล TOF range สามารถรวม interpolator อนาล็อกแบบอะนาล็อกที่แม่นยำกับระบบ CMOS ที่ทำงานที่ 100 MHz วงจรแอนะล็อกเพื่อให้บรรลุนี้อยู่ในหน่วยการผลิตจำนวนมาก (สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน) - แต่ความละเอียด 5 ps ได้รับการประสบความสำเร็จกับส่วนประกอบต้นทุนต่ำและในการผลิตเป็นเวลา 15 ปีจากผู้ผลิตอย่างน้อยหนึ่งราย แนวคิดคือการสอดแทรกระหว่างช่วงเวลานับดิจิตอลด้วยตัวแปลงเวลาเป็นแรงดันที่แม่นยำซึ่งถูกสุ่มตัวอย่างโดยไมโครคอนโทรลเลอร์และรวมกับผลลัพธ์ตัวนับดิจิตอล

เลเซอร์ (มองเห็นหรือ IR) เรดาร์ ฯลฯ ทำงานและสามารถให้ความแม่นยำสูงมาก - ในราคาที่สูงและซับซ้อน สำหรับเลเซอร์คุณต้องมีเส้นทางแสงที่ดีตั้งแต่เลเซอร์ไปจนถึงเครื่องรับและการออกแบบวงจรอย่างระมัดระวังเพื่อให้มีเวลาสำหรับสัญญาณที่จะเดินทางข้ามวงจร

การวัดระยะทางแบบหยาบ แต่ราคาถูกสามารถทำได้ด้วย IR LEDs และโฟโตไดโอดอย่างง่าย ๆ โดยการวัดปริมาณแสงที่สะท้อนจากชิ้นงาน นี่เป็นการยากที่จะปรับเทียบอย่างถูกต้องและมีความเสี่ยงต่อการให้แสงสว่างโดยรอบ แต่ถ้าคุณต้องการ "ใกล้" หรือ "ไกล" อาจจะเพียงพอ นี่เป็นเทคนิคที่ใช้โดยกล้องระยะไกล Kinect ของ Microsoft

คลื่นเสียงเป็นตัวเลือกที่ "ดีที่สุด" สำหรับ SRF05 เพราะคุณไม่มีทางเลือกมันเป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะห่างล้ำเสียง

ความถี่อัลตราโซนิกมักจะใช้สำหรับการตรวจวัดและวินิจฉัยแอปพลิเคชันเนื่องจากพื้นเสียงต่ำที่ความถี่สูง

ความร้อนจะยากมากในการวัดระยะทางด้วยเนื่องจากฟิสิกส์ของการกระจายความร้อน

แสงเลเซอร์สามารถให้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือและแม่นยำมากขึ้นในระยะยาวและมีราคาสูงขึ้น แต่ต้องมุ่งอย่างแม่นยำ

เซ็นเซอร์อะคูสติกอัลตราโซนิกรวมการตอบสนองโดยรวมของสภาพแวดล้อมการอนุญาตให้โพสต์การประมวลผลของข้อมูลเพื่อทำการอนุมานเกี่ยวกับระยะทางมากกว่าจุดเดียว