Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Ηλεκτρονικό σύστημα μέτρησης απόστασης και ταχύτητας με την χρήση υπερήχων Μουστάκας Κωνσταντίνος ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Ηλεκτρονικό σύστημα μέτρησης απόστασης και ταχύτητας με την χρήση υπερήχων Μουστάκας Κωνσταντίνος ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ηλεκτρονικό σύστημα μέτρησης απόστασης και ταχύτητας με την χρήση υπερήχων Μουστάκας Κωνσταντίνος ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ

2 1 Περιεχόμενα 1.Εισαγωγή 2.Τεχνικές Μέτρησης 3.Περιγραφή του συστήματος που σχεδιάστηκε I.Χαρακτηριστικά των πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων II.Παραγωγή τετραγωνικών παλμών 40KHz III.Το κύκλωμα του πομπού IV.Η κυματομορφή που λαμβάνεται από τον δέκτη V.Το κύκλωμα του δέκτη VI.Μέτρηση της θερμοκρασίας VII.Οδήγηση του σερβοκινητήρα VIII.Το πρόγραμμα του μικροελεγκτή IX.Επιδόσεις και ρύθμιση του συστήματος 4.Καταγραφή κίνησης και υπολογισμός ταχύτητας με την χρήση του LabVIEW 5.Σάρωση του περιβάλλοντα χώρου – εφαρμογή sonar

3 3 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Εισαγωγή Μέτρηση της απόστασης χωρίς επαφή: Οπτικές μέθοδοι (Laser, Υπέρυθρες) Ραδιοκύματα Υπέρηχοι (μηχανικά κύματα) Υπέρηχοι: Ικανοποιητική ακρίβεια με μικρό κόστος, ευκολία κατασκευής και δυνατότητα χρήσης σε υποβρύχια περιβάλλοντα Εμβέλεια: Από μερικά χιλιοστά έως μερικά μέτρα Εφαρμογές: Ρομποτική: Αυτοκίνηση: Βιομηχανία:

4 4 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Τεχνικές Μέτρησης (Ι) 1. Τεχνική pulse – echo (TOF) Χρήση κατωφλίου ανίχνευσης: Χρήση συσχέτισης:

5 5 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Τεχνικές Μέτρησης (ΙΙ) 2. Μέτρηση της διαφοράς φάσης Η διαφορά της μετατόπισης φάσης δύο κυμάτων διαφορετικών συχνοτήτων αυξάνεται με την απόσταση

6 6 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Περιγραφή του συστήματος Χρησιμοποιείται η τεχνική TOF με κατώφλι ανίχνευσης (threshold)

7 7 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς Κεντρική Συχνότητα40 ± 1 KHz Εύρος ζώνης -6db1.2 KHz Πίεση ηχητικού κύματος (στα 40KHz με αναφορά τα μbar με οδήγηση 10Vrms στα 30 εκατοστά) 120 dB Ευαισθησία λήψης (στα 40ΚHz με αναφορά στα 1V/μbar) -63 dB Ονομαστική εμπέδηση900 Ω Χρόνος αποκατάστασης (εναπομένουσες ταλαντώσεις) 1.5 ms max Χωρητικότητα (1KHz)2400 pF Μέγιστη τάση οδήγησης (πλάτος παλμού 0.5ms, χρόνος μεταξύ παλμών 50ms) 120 Vp-p Θερμοκρασία λειτουργίας-30 ο C έως 80 o C Γωνιακό άνοιγμα60 ο TCT40-16 R/T

8 8 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Παραγωγή παλμών 40ΚΗz Απαιτείται έλεγχος σε χαμηλό επίπεδο των χρονιστών του ATMEGA328 Χρησιμοποιούνται για την παραγωγή PWM κυματομορφών Περιέχουν prescaler για την διαίρεση του ρολογιού Οι λειτουργία των χρονιστών καθορίζεται από τους καταχωρητές TCCRnA και TCCRnB Δυνατότητα λειτουργίας σε Fast PWM ή Phase Correct PWM Ακριβής έλεγχος της συχνότητας με την ειδική λειτουργία Toggle OCnA on Compare Match Η τιμή της εξόδου αλλάζει κάθε φορά που ο μετρητής γίνεται ίσος με OCnA Παράγονται συμμετρικοί τετραγωνικοί παλμοί

9 9 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Παραγωγή παλμών 40ΚΗz Χρησιμοποιείται ο timer2 (8 bit) Οι καταχωρητές που ελέγχουν τον timer2 ρυθμίζονται ως εξής:  TCCR2A – [COM2A1, COM2A0, COM2B1, COM2B0, reserved, reserved, WGM21, WGM20] =  TCCR2B – [FOC2A,FOC2B,reserved,reserved,WGM22,CS22,CS21,CS20] = COM2Ax = 01 Μεταβολή της λογικής τιμής της εξόδου όταν ο μετρητής γίνει ίσος με OCR2A CS2x = 001Η τιμή του prescaler γίνεται 1 WGM2x = 111Fast PWM με Toggle OC2A on Compare Match

10 10 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του πομπού Μετατροπή του επίπεδου τάσης TTL (5V) των εξόδων του ATMEGA328 Οδήγηση του πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα εκπομπής με H-Bridge για διπλασιασμό της peak to peak τάσης Δημιουργία των κατάλληλων σημάτων λειτουργίας του H-bridge μέσω πυλών NAND

11 1 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του πομπού Το ρεύμα βάσης θα πρέπει να είναι σχετικά μικρό για να μην υπερφορτώνεται ο μικροελεγκτής, αρκετό όμως για να οδηγεί το τρανζίστορ στον κόρο

12 1212 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του πομπού Η αντιστροφή δεν επηρεάζει τους τετραγωνικούς παλμούς ενώ το σήμα transmitter_enable λειτουργεί με αντίστροφη λογική οριζόμενη από το πρόγραμμα

13 1313 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του πομπού

14 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του πομπού 0 V cc Φ Λειτουργία παύσης της εκπομπής

15 1515 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του πομπού Λειτουργία εκπομπής παλμοσειράς 40KHz 1   V cc V cc  0 0  V cc Επιλέχθηκε λογική CMOS διότι η τάση εξόδου των πυλών πρέπει να κυμαίνεται στα όρια της τροφοδοσίας Εάν η διαφορά είναι μεγαλύτερη από 0.7V, θα έχουμε παρασιτικό ρεύμα διαρροής στα τρανζίστορ κάθε κλάδου (Q1-Q2) και (Q3-Q4) Ο χρόνος μετάβασης των πυλών πρέπει να είναι όσο το δυνατόν ταχύτερος Για το ολοκληρωμένο HCF4011 είναι 50ns

16 1616 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του πομπού

17 1717 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του πομπού Εκπομπή παλμοσειράς 500μs (20 κύκλοι) Παύση εκπομπής για 35ms (αναμονή ανακλώμενου κύματος) Η εμπέδηση του πιεζοκρυστάλλου δεν είναι ωμική αλλά κυρίως χωρητική Υπάρχει ένα μεταβατικό φαινόμενο φόρτισης – εκφόρτισης και η κυματομορφή δεν είναι καθαρά τετραγωνική Υπάρχουν αιχμές ρεύματος στην περιοχή μετάβασης που παράγουν θόρυβο Χρησιμοποιείται πυκνωτής στην τροφοδοσία (decoupling) για μείωση του θορύβου

18 1818 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Η κυματομορφή που λαμβάνεται Η κυματομορφή που λαμβάνεται από ανάκλαση σε επιφάνεια που απέχει 213cm σε θερμοκρασία 30 ο C Παρεμβολή από τον πομπό

19 1919 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Η κυματομορφή που λαμβάνεται Η μορφή του παλμού που λαμβάνεται είναι ημιτονική λόγω του στενού εύρους ζώνης του πιεζοηλεκτρικού στοιχείου λήψης (ηλεκτρομηχανικός συντονισμός) Απόκριση δευτέρου βαθμού – το πλάτος δεν γίνεται άμεσα μέγιστο αλλά υπάρχει μεταβατικό φαινόμενο. Μειώνεται η ακρίβεια κατά την ανίχνευση με μέθοδο κατωφλίου

20 20 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη

21 21 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Οι Τ.Ε του πρώτου σταδίου και του φίλτρου χρειάζονται αμφιπολική τροφοδοσία (+,-,Gnd) για να ενισχύσουν AC σήματα Χρησιμοποιείται μια τεχνική δημιουργίας εικονικής γείωσης στο μέσο της τροφοδοσίας Προστίθεται ένα δυναμικό ίσο με V cc /2 στο σήμα εισόδου ως DC offset Συνεπώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί απλή τροφοδοσία (+, Gnd) για να είναι το σύστημα απλούστερο στην χρήση και στην μεταφορά Παραγωγή DC offset

22 2 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ενισχυτής πρώτου σταδίου Χρήση αναστροφικού ενισχυτή για εύκολη πρόσθεση του DC offset Αρνητική ανάδραση μέσω της R 2 συνεπώς τα δυναμικά των εισόδων του Τ.Ε πρακτικά εξισώνονται

23 23 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ενισχυτής πρώτου σταδίου 75mV  1,59V Α=21,2 Η διαφορά οφείλεται στον πραγματικό τελεστικό ενισχυτή TL082. GBW=4MHz

24 2424 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ενισχυτής πρώτου σταδίου Η χωρητική σύζευξη στην είσοδο δημιουργεί ένα υψιπερατό φίλτρο RC με C 1 =10nF και R 1 =1ΚΩ.

25 2525 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ζωνοπερατό φίλτρο με ενίσχυση f 0 =40KHz Κ=19dB Q=7,7 BW=5,2KHz

26 2626 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ζωνοπερατό φίλτρο με ενίσχυση

27 27 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ζωνοπερατό φίλτρο με ενίσχυση 1,59V  3,14V Α=2 To DC δυναμικό του σήματος στην είσοδο του φίλτρου ισούται με το DC δυναμικό αναφοράς του φίλτρου (V cc /2) Το σήμα εξακολουθεί να > σε ένα DC δυναμικό

28 28 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ζωνοπερατό φίλτρο με ενίσχυση Λόγω της χρονικής απόκρισης του φίλτρου αυξάνεται επιπλέον η καθυστέρηση που εισάγει το σύστημα στην μέτρηση Γίνεται αντιστάθμιση του συστηματικού αυτού σφάλματος μέσω του software

29 2929 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Voltage Clamper Πρέπει να αφαιρεθεί η DC συνιστώσα του σήματος και στην συνέχεια να ανορθωθεί. Εάν χρησιμοποιούνταν πυκνωτής σε συνδυασμό με κλασικό ανορθωτή με δίοδο, οι αρνητικές κορυφές του σήματος θα περικόπτονταν Έτσι χάνεται μεγάλο μέρος του πλάτους και της ενέργειας του σήματος Χρησιμοποιείται κύκλωμα μετατόπισης της DC τιμής ενός AC σήματος κατά το πλάτος του με πυκνωτή και δίοδο (voltage clamper)

30 30 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Voltage Clamper

31 31 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Voltage Clamper Ο πυκνωτής σε συνδυασμό με την αντίσταση φορτίου δημιουργούν ένα υψιπερατό φίλτρο αποκόπτοντας το DC offset του σήματος εισόδου

32 32 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Voltage Clamper

33 3 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ανιχνευτής κορυφής με ενίσχυση και μηδενισμό της εξόδου

34 34 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ανιχνευτής κορυφής με ενίσχυση και μηδενισμό της εξόδου Εφόσον αποκατασταθεί η ανάδραση:

35 3535 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ανιχνευτής κορυφής με ενίσχυση και μηδενισμό της εξόδου 2,88V  3,14V Α=2,6 A θεωρητικό =4,3 Η διαφορά οφείλεται στο πεπερασμένο εύρος ζώνης του LM358 (GBW=1.1MHz)

36 36 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ανιχνευτής κορυφής με ενίσχυση και μηδενισμό της εξόδου Σε κάθε νέο κύκλο μέτρησης η τάση εξόδου πρέπει να μηδενίζεται για χρόνο ίσο με τον χρόνο ηρέμησης των ταλαντώσεων λόγω παρεμβολών Το σήμα MCU_detector_reset ενεργοποιεί ένα MOSFET ισχύος το οποίο λειτουργεί ως διακόπτης Έχει πολύ μικρή αντίσταση καναλιού (<1Ω) και γειώνει την έξοδο Η αντίσταση στην πύλη περιορίζει το ρεύμα φόρτισης της C g για προστασία του μικροελεγκτή

37 37 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Ανιχνευτής κορυφής με ενίσχυση και μηδενισμό της εξόδου Η έξοδος μηδενίζεται για 100ms μετά την λήξη της εκπομπής, δηλαδή συνολικά για 600ms.

38 38 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Συγκριτής κατωφλίου Παράγεται ένας παλμός όταν το σήμα στην έξοδο του ανιχνευτή κορυφής ξεπεράσει ένα ρυθμιζόμενο κατώφλι Το κατώφλι ρυθμίζεται μέσω ενός ποτενσιόμετρου και η τιμή του εξαρτάται από τον θόρυβο Χρησιμοποιείται ένας Τ.Ε LM358 σε συνδεσμολογία ανοικτού βρόγχου ως συγκριτής Ο θετικός κόρος του LM358 ισούται με V cc - 1,5V δηλαδή ο παλμός της εξόδου κυμαίνεται από 7,5V έως 16,5V Η μέγιστη τάση εισόδου του ATMEGA328 είναι 5,5V Η τάση εξόδου σταθεροποιείται με την χρήση διόδου Zener V z =5,1V

39 3939 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Συγκριτής κατωφλίου Μόλις η τάση ξεπεράσει το κατώφλι (820mV) παράγεται ένας θετικός παλμός πλάτους 5V Ο χρόνος ανόδου εξαρτάται από το slew rate του LM358 (0,6V/μs) Από V=0V έως V=5V μεσολαβούν 8μs τα οποία προστίθενται στην καθυστέρηση του συστήματος

40 40 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Συγκριτής κατωφλίου Η χρονική καθυστέρηση από την λήψη της ανάκλασης έως την παραγωγή του παλμού είναι περίπου 75μs και οφείλεται στο πεπερασμένο εύρος ζώνης του πιεζοκρυστάλλου, στην χρονική απόκριση του φίλτρου και στον χρόνο ανόδου του παλμού του συγκριτή

41 41 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το κύκλωμα του δέκτη Συγκριτής κατωφλίου

42 42 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Μέτρηση της θερμοκρασίας Χρησιμοποιείται ο μονολιθικός αισθητήρας θερμοκρασίας LM35. Η έξοδός του αυξάνεται 10mV/ ο C και το σφάλμα του είναι ±0,25 ο C

43 43 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Μέτρηση της θερμοκρασίας Η τάση στην έξοδο του LM35 μετατρέπεται σε ψηφιακή μέσω του ενσωματωμένου ADC 10-bit του ATMEGA328 Η τάση πλήρους κλίμακας (Full Scale) της μετατροπής είναι προρυθμισμένη στα 5V ενώ μπορεί να τεθεί στα 1,1V μέσω της εσωτερικής τάσης αναφοράς του ATMEGA328 Οι συνηθισμένες συνθήκες λειτουργίας είναι μέχρι περίπου 45 ο C. Η τάση εξόδου του LM35 κυμαίνεται από 0 έως 450mV. Για βελτίωση της ακρίβειας και μείωση του σφάλματος κβαντισμού (q/2) τίθεται FS=1,1V

44 4 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Οδήγηση του σερβοκινητήρα Η οδήγηση γίνεται με παλμούς μεταβαλλόμενης διάρκειας από 1ms έως 2ms με χρόνο ανανέωσης 20ms Η παραγωγή των παλμών γίνεται μέσω της βιβλιοθήκης Servo.h που ελέγχει τους timers του ATMEGA328 δίνοντας την επιθυμητή τιμή της γωνίας (0 ο -180 ο ) Χρησιμοποιήθηκε ο AC-12 mini servo με ροπή ίση με 5Kg∙cm και τάση τροφοδοσίας 5V

45 4545 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Το πρόγραμμα του ATMEGA328

46 4646 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Επιδόσεις και ρύθμιση Η διακριτική ικανότητα περιορίζεται από το μήκος κύματος (8,5mm) Η ελάχιστη απόσταση καθορίζεται από: 1.Το χρονικό διάστημα εκπομπής 2.Τον χρόνο προστασίας από παρεμβολές Το χρονικό διάστημα εκπομπής επηρεάζει άμεσα την μέγιστη εμβέλεια. Όσο μεγαλύτερο τόσο μεγαλύτερη η συνολική ενέργεια που εκπέμφθηκε και τόσο μεγαλύτερο το πλάτος του σήματος στον δέκτη (μέχρι ένα όριο το φαινόμενο δεν είναι γραμμικό)

47 4747 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Επιδόσεις και ρύθμιση Επειδή μπορεί το σύστημα να βρεθεί εκτός εμβέλειας και να μην ληφθεί παλμός, χρησιμοποιείται η μεταβλητή sensing_enable σε συνδυασμό με μια καθυστέρηση 35ms που καθορίζει το μέγιστο χρονικό διάστημα της μέτρησης Αυτό είναι ίσο με 35+0,5+0,1=35,6ms από την στιγμή της εκπομπής Εάν δεν ληφθεί παλμός σε αυτό το διάστημα εμφανίζεται στην οθόνη “Out of Range”  Συνεπώς οι παράμετροι που ρυθμίζουν την λειτουργία του συστήματος, αλληλοεξαρτώνται και πρέπει να επιλέγονται ανάλογα με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά μέσα όμως στα όρια διακύμανσής τους είναι: Τάση τροφοδοσίας Χρόνος εκπομπής Χρόνος προστασίας από παρεμβολές Τάση κατωφλίου Η κατανάλωση είναι 90mΑ

48 48 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Υπολογισμός ταχύτητας Η μέτρηση της απόστασης και η γωνία αποστέλλεται κάθε 100ms σειριακά Μπορεί με κατάλληλο software να δημιουργηθεί ένας πίνακας χρόνου – θέσης και το αντίστοιχο διάγραμμα (καταγραφή κίνησης) Με αριθμητική διαφόριση μπορεί να υπολογιστεί το διάγραμμα ταχύτητας - χρόνου Προς τα εμπρός διαφορά: Προς τα πίσω διαφορά: Κεντρική τιμή: Σφάλμα:

49 49 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Υπολογισμός ταχύτητας Το σφάλμα μπορεί να περιοριστεί, μειώνοντας το χρονικό διάστημα της μέτρησης. Υπάρχει όμως ένα όριο το οποίο αντιστοιχεί στην μέγιστη εμβέλεια (35,6ms) Εναλλακτικά ο θόρυβος και το σφάλμα μπορούν να περιοριστούν χρησιμοποιώντας ψηφιακό χαμηλοπερατό φίλτρο Η διαφόριση από την φύση της ενισχύει το υψίσυχνο περιεχόμενο ενός σήματος (θόρυβος) Χρησιμοποιείται φίλτρο Savitzky – Golay για το φιλτράρισμα και την εξομάλυνση της κυματομορφής της ταχύτητας Εάν οι συντελεστές επιλεγούν σωστά δεν αλλοιώνει το πλάτος των κορυφών του σήματος

50 50 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Υπολογισμός ταχύτητας Το φίλτρο χρησιμοποιεί μια τεχνική προσέγγισης διαδοχικών υποσυνόλων των δεδομένων με πολυωνυμική συνάρτηση με την μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων Η τιμή του φιλτραρισμένου σήματος στο μέσο του διαστήματος κάθε υποσυνόλου προκύπτει αντικαθιστώντας στην πολυωνυμική συνάρτηση Υποσύνολα 2Μ+1 δειγμάτων με κέντρο το n

51 5151 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Υπολογισμός ταχύτητας Το εύρος του υποσυνόλου (side points) θα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το εύρος της πιο απότομης μεταβολής για καλύτερα αποτελέσματα Ο βαθμός του πολυωνύμου καθορίζει το πόσο > είναι η εξομάλυνση Πρέπει Ν<2Μ+1. Για Ν=2Μ+1 το σήμα παραμένει αναλλοίωτο

52 52 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Υπολογισμός ταχύτητας

53 53 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Sonar Οι πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς τοποθετήθηκαν στον άξονα περιστροφής του σερβοκινητήρα με εύρος περιστροφής ±90 ο Αποστέλλεται στον μικροελεκτή ο χαρακτήρας ‘s’ για να σηματοδοτήσει την έναρξη της περιστροφής ανά 1 ο Η απεικόνιση γίνεται μέσω ειδικής εφαρμογής που αναπτύχθηκε με την γλώσσα Processing

54 54 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Τυπωμένο κύκλωμα

55 55 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Υλοποίηση

56 55 ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ The End


Κατέβασμα ppt "Ηλεκτρονικό σύστημα μέτρησης απόστασης και ταχύτητας με την χρήση υπερήχων Μουστάκας Κωνσταντίνος ΔΠΜΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google