Perché l'onda sonora è la scelta migliore per molti rilevatori di posizione?

Quindi attualmente sto lavorando al mio progetto finale del liceo, che è fondamentalmente un radar :) ...

Sto usando il rilevatore SRF05 per rilevare oggetti vicini alla superficie del dispositivo. Il mio attuale incarico è quello di imparare e riassumere tutti i diversi componenti che verranno assemblati alla fine. (UART, MAX232 74HC244 ecc., Se vuoi sapere :)

Il mio insegnante mi ha detto che più saprò di questi componenti, meglio farò nel mio lavoro e negli esami. Quindi, ecco la mia domanda: perché le onde sonore sono la scelta migliore per SRF05? Inoltre, perché quelli UltraSonic? Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di onde sonore, ma non di onde luminose invisibili, calore o altri mezzi che possono fare il lavoro? La luce, ad esempio, viaggia molto più velocemente, quindi crea un risultato migliore e probabilmente sarà più efficace del suono.

Fondamentalmente, il suono è lento.

Usando il suono puoi facilmente calcolare il tempo impiegato da un'onda per viaggiare verso il tuo oggetto e rifletterlo, dandoti una distanza abbastanza precisa. La luce va troppo veloce per questo, a meno che tu non stia cercando di misurare la distanza della luna, diciamo.

E perché gli ultrasuoni? Quindi non puoi annoiarlo. Immagina quanto sarebbe fastidioso se tu fossi costretto a sentirlo tutto il tempo? BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP

C'è qualche analisi su /electronics//a/130095/9006 in risposta a una domanda su come trovare la posizione di un oggetto.

La luce, la radio e la radiazione termica sono tutte radiazioni elettromagnetiche e viaggiano molto, molto rapidamente. Non è automaticamente vero che forniscono un risultato migliore solo perché sono più veloci.

Le radiazioni elettromagnetiche viaggiano 1.000.000 di volte più velocemente del suono. Così è molto più facile realizzare qualcosa che possa misurare il tempo impiegato dal suono per spostarsi di pochi metri rispetto alla luce. Il suono viaggia a circa 0,34 metri per millisecondo. Le orecchie e il cervello sono abbastanza buoni da rilevare il tempo di volo in una stanza di circa 30 metri o più.

Un pezzo di elettronica per misurare la distanza usando il tempo di volo del suono è a basso costo. Per ottenere 0,34 m, o 34 cm, deve funzionare a un millisecondo (0,001 secondi). Che è sloooooow per qualsiasi tipo di computer, anche se è anche molto più veloce di una persona. È relativamente semplice ottenere 10 volte meglio, 3,4 cm, ovvero 0,1 millisecondi. Per gli ultrasuoni, a 38kHz, 0,1 millisecondi sono quasi 4 cicli interi, il che rientra nelle capacità dell'elettronica a basso costo per misurare. Quindi misurare 34 cm con una precisione del 10% è comprensibile e fattibile.

Misurare il tempo di volo di 30 cm con la luce sarebbe molto più difficile. La luce richiederebbe 1.000.000 di tempo in meno, o 0.000.000.001 secondi, o 1 nanosecondo. Misurare con una precisione di 3 cm sarebbe 0,1 nanosecondi, che è circa 3 volte più veloce di un ciclo del microprocessore Intel più veloce. Quindi sarebbe molto più difficile fare quella misura di 30 cm e ancora più difficile ottenere una precisione del 10% usando il tempo di volo. Può essere fatto, ma non in modo economico e facile come il suono. In genere non utilizza il tempo di volo, ma invece una diversa proprietà di un'onda luminosa.

Nota a margine (Modifica):
se si desidera una precisione maggiore di 3,4 cm con il suono (non chiaro), come è possibile farlo? Cos'è che rende più difficile ottenere molta più precisione con l'SRF05? Pensaci e potresti capire quali limiti impongono l'SRF05 scelto, e quindi ottenere una migliore comprensione del sistema.

L'animale più noto che utilizza gli ultrasuoni sono i pipistrelli. Lo usano per misurare la distanza e la posizione usando il tempo di volo e due orecchie per trovare le informazioni sulla direzione. Quindi parte dei sistemi biologici dei pipistrelli sono in grado di utilizzare il tempo di volo del suono abbastanza bene da catturare "cibo" (falene e altri insetti) mentre sta volando. È davvero impressionante. Se volessi capire di più su come usare l'ecografia, potresti consultare gli articoli sul sistema di localizzazione dell'eco dei pipistrelli . È altamente sviluppato.

Molti altri animali emettono ultrasuoni, ad esempio roditori e alcuni insetti. Ma per la maggior parte è un meccanismo di comunicazione.

Perché non usare i laser? Questo è un collegamento così eccellente che sento che merita di essere una risposta: http://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

L'intera pagina è piena di informazioni sull'argomento. È difficile estrarre un particolare paragrafo in quanto è tutto pertinente, ma questa è una buona panoramica della tecnica.

Per una risoluzione molto migliore di quella che sarebbe possibile con un semplice campionamento pur mantenendo bassi costi, i telemetri TOF digitali possono combinare un interpolatore temporale analogico di precisione con un sistema CMOS funzionante a 100 MHz. Il circuito analogico per raggiungere questo obiettivo è in molte unità di produzione (per diverse applicazioni) - ma una risoluzione di 5 ps è stata raggiunta con componenti a basso costo e in produzione per 15 anni da almeno un produttore. L'idea è interpolare tra i periodi di conteggio digitale con un convertitore tempo-tensione di precisione che viene quindi campionato dal microcontrollore e combinato con i risultati del contatore digitale.

I laser (visibili o IR), RADAR ecc. Funzionano e possono fornire un'altissima precisione, a costi e complessità elevati. Per i laser è necessario un buon percorso ottico dal laser al ricevitore e un'attenta progettazione del circuito per consentire il tempo impiegato dai segnali per attraversare il circuito.

La misurazione della distanza grossolana ma economica può essere eseguita con LED IR e fotodiodi semplicemente misurando la quantità di luce riflessa dal bersaglio. È difficile da calibrare in modo accurato e vulnerabile all'illuminazione ambientale, ma se vuoi semplicemente "vicino" o "lontano" potrebbe essere sufficiente. Questa è la tecnica utilizzata dalla fotocamera a distanza Kinect di Microsoft.

Le onde sonore sono la scelta "migliore" per SRF05 perché non hai scelta, è un sensore di distanza ad ultrasuoni.

Le frequenze ultrasoniche vengono spesso utilizzate per applicazioni diagnostiche e di misurazione, poiché il rumore di fondo è più basso a frequenze più alte.

Il calore sarebbe estremamente difficile da misurare a causa della fisica della diffusione termica.

La luce laser può fornire risultati più affidabili e precisi su lunghe distanze e un costo più elevato, ma deve essere mirata con precisione.

Un sensore acustico ad ultrasuoni integra la risposta globale dell'ambiente, consentendo alla post-elaborazione delle informazioni di fare inferenze sulla distanza a più di un singolo punto.