Warum ist Schallwelle für viele Ortungsmelder die beste Wahl?

Also arbeite ich gerade an meinem Highschool-Abschlussprojekt, das im Grunde genommen ein Radar ist :) ...

Ich verwende den Detektor SRF05 , um Objekte zu erkennen, die sich in der Nähe der Oberfläche des Geräts befinden. Meine derzeitige Aufgabe ist es, alle verschiedenen Komponenten zu lernen und zusammenzufassen, die am Ende zusammengebaut werden. (UART, MAX232 74HC244 etc, wenn Sie wissen wollen :)

Mein Lehrer sagte mir, je mehr ich über diese Komponenten Bescheid weiß, desto besser werde ich bei meiner Arbeit und bei den Prüfungen abschneiden. Hier ist meine Frage: Warum sind Schallwellen die beste Wahl für den SRF05? Warum UltraSonic? Was sind die Vorteile der Verwendung von Schallwellen, aber nicht unsichtbaren Lichtwellen, Wärme oder anderen Mitteln, die die Arbeit erledigen können? Licht zum Beispiel bewegt sich viel schneller, erzielt ein besseres Ergebnis und ist wahrscheinlich effektiver als Schall.

Grundsätzlich ist der Klang langsam.

Mit Sound können Sie ganz einfach die Zeit bestimmen, die eine Welle benötigt, um zu Ihrem Objekt zu gelangen und es zu reflektieren. Auf diese Weise erhalten Sie eine ziemlich genaue Distanz. Das Licht geht dafür zu schnell, es sei denn, Sie möchten die Entfernung des Mondes messen, sagen wir.

Und warum Ultraschall? Man kann es also nicht ein Jahr lang machen. Stellen Sie sich vor, wie ärgerlich es wäre, wenn Sie gezwungen wären, es die ganze Zeit zu hören? BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP

Unter /electronics//a/130095/9006 finden Sie einige Analysen zu einer Frage zum Ermitteln der Position eines Objekts.

Licht-, Funk- und Wärmestrahlung sind alle elektromagnetische Strahlen und bewegen sich sehr, sehr schnell. Es ist nicht automatisch wahr, dass sie ein besseres Ergebnis liefern, nur weil sie schneller sind.

Elektromagnetische Strahlung breitet sich 1.000.000 Mal schneller aus als Schall. So ist es viel einfacher, etwas zu machen, das die Zeit misst, die der Schall benötigt, um sich um einige Meter zu bewegen, als für Licht. Der Schall bewegt sich mit ungefähr 0,34 Metern pro Millisekunde. Ihre Ohren und Ihr Gehirn sind gut genug, um die Flugzeit in einem Raum von mindestens 30 Metern zu erfassen.

Eine Elektronik zur Entfernungsmessung über die Flugzeit ist kostengünstig. Um 0,34 m oder 34 cm zu erreichen, muss es in einer Millisekunde (0,001 Sekunden) arbeiten. Was für jeden Computertyp etwas Sloooooow ist, aber auch viel schneller als eine Person. Es ist relativ einfach, 10x besser zu werden, 3,4 cm, was 0,1 Millisekunden entspricht. Für Ultraschall bei 38 kHz sind diese 0,1 Millisekunden fast 4 ganze Zyklen, was im Rahmen der Möglichkeiten einer kostengünstigen Elektronik zur Messung liegt. 34cm mit 10% Genauigkeit zu messen ist also verständlich und machbar.

Die Flugzeit für 30 cm mit Licht zu messen, wäre viel schwieriger. Licht würde 1.000.000 weniger Zeit oder 0.000.000.001 Sekunden oder 1 Nanosekunde benötigen. Eine Genauigkeit von 3 cm wäre 0,1 Nanosekunden, was ungefähr dreimal schneller ist als ein Zyklus des schnellsten Intel-Mikroprozessors. Daher wäre es viel schwieriger, diese Messung von 30 cm durchzuführen, und noch schwieriger, mit der Flugzeit eine Genauigkeit von 10% zu erzielen. Es kann getan werden, aber nicht so billig und einfach wie Ton. In der Regel wird keine Flugzeit verwendet, sondern eine andere Eigenschaft einer Lichtwelle.

Randnotiz (Bearbeiten): Wenn Sie mehr Genauigkeit als 3,4 cm mit Ton (nicht Licht) wollten, wie könnten Sie das tun? Was macht es schwieriger, mit dem SRF05 viel genauer zu werden? Wenn Sie darüber nachdenken, werden Sie möglicherweise verstehen, welche Grenzen der gewählte SRF05 aufweist, und erhalten somit ein besseres Verständnis des Systems.

Das bekannteste Tier, das Ultraschall verwendet, sind Fledermäuse. Sie verwenden es zur Entfernungs- und Positionsmessung unter Verwendung der Flugzeit und zwei Ohren, um Richtungsinformationen zu finden. Ein Teil der biologischen Systeme von Fledermäusen ist also in der Lage, die Flugzeit des Tons gut genug zu nutzen, um während des Flugs Nahrung (Motten und andere Insekten) zu fangen. Das ist sehr beeindruckend. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Ultraschall verwendet werden kann, lesen Sie möglicherweise Artikel über das Echolokalisierungssystem von bat . Es ist hoch entwickelt.

Viele andere Tiere senden Ultraschall aus, zum Beispiel Nagetiere und einige Insekten. Für die meisten ist es jedoch ein Kommunikationsmechanismus.

Warum nicht Laser benutzen? Dies ist ein so ausgezeichneter Link, dass ich der Meinung bin, dass er eine Antwort verdient: http://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

Die ganze Seite ist voller Informationen zum Thema. Es ist schwierig, einen bestimmten Absatz auszugsweise wiederzugeben, da dies alles relevant ist. Dies ist jedoch ein guter Überblick über die Technik.

Digitale TOF-Entfernungsmesser können einen präzisen analogen zeitlichen Interpolator mit einem CMOS-System kombinieren, das mit 100 MHz arbeitet. Die analoge Schaltung, um dies zu erreichen, ist in vielen Produktionseinheiten (für verschiedene Anwendungen) vorhanden - aber eine Auflösung von 5 ps wird mit kostengünstigen Komponenten und in der Produktion seit 15 Jahren von mindestens einem Hersteller erreicht. Die Idee ist, zwischen den digitalen Zählperioden mit einem präzisen Zeit-Spannungs-Wandler zu interpolieren, der dann vom Mikrocontroller abgetastet und mit den Ergebnissen des digitalen Zählers kombiniert wird.

Laser (sichtbar oder IR), RADAR usw. arbeiten und können sehr hohe Präzision liefern - bei hohen Kosten und Komplexität. Bei Lasern ist ein guter optischer Pfad vom Laser zum Empfänger und eine sorgfältige Schaltkreiskonstruktion erforderlich, um die Zeit zu berücksichtigen, die die Signale benötigen, um den Schaltkreis zu durchlaufen.

Mit IR-LEDs und Fotodioden kann eine einfache, aber kostengünstige Entfernungsmessung durchgeführt werden, indem einfach gemessen wird, wie viel Licht vom Ziel reflektiert wird. Dies ist schwer genau zu kalibrieren und anfällig für Umgebungsbeleuchtung, aber wenn Sie nur "nah" oder "fern" wollen, kann es ausreichen. Diese Technik wird von der Kinect-Distanzkamera von Microsoft verwendet.

Schallwellen sind die "beste" Wahl für den SRF05, da Sie keine andere Wahl haben, er ist ein Ultraschall-Abstandssensor.

Ultraschallfrequenzen werden häufig für Mess- und Diagnoseanwendungen verwendet, da das Grundrauschen bei höheren Frequenzen geringer ist.

Aufgrund der Physik der thermischen Diffusion wäre es äußerst schwierig, die Entfernung zu messen.

Laserlicht kann zuverlässigere und genauere Ergebnisse bei größeren Entfernungen und höheren Kosten liefern, muss jedoch präzise ausgerichtet werden.

Ein Ultraschall-Akustiksensor integriert das Gesamtverhalten der Umgebung und ermöglicht die Nachbearbeitung der Informationen, um Rückschlüsse auf die Entfernung zu mehr als einem einzelnen Punkt zu ziehen.