Дипломная работа (колледж/техникум) на тему Проектирование и разработка звукового дальномера

Содержание:

Введение 3
1 Техническое задание 5
1.1 Назначение и область применения 5
1.2 Условия эксплуатации 5
1.3 Технические параметры 5
1.4 Требования к конструктивному оформлению 5
2 Теоретическая часть 6
2.1 Анализ задания 6
2.2 Обзор существующих аналогов 8
2.2.1 Ультразвуковой измеритель расстояния CB1005 8
2.2.2 Ультразвуковой измеритель расстояния «Даль» 9
2.2.3 Ультразвуковой измеритель расстояния MS-6450 11
2.3 Обзор применяемого оборудования 12
2.3.1 Вычислительный блок 12
2.3.2 Измерение расстояния 15
3 Практическая часть 17
3.1 Разработка структурной схемы 17
3.2 Разработка алгоритма работы системы 18
3.3 Разработка принципиальной схемы системы 20
3.3.1 Микроконтроллер 20
3.3.2 Ультразвуковой датчик 21
3.3.3 Лазер 23
3.3.4 Индикатор 24
3.3.5 Прочие элементы 25
3.4 Разработка программы управления 26
3.5 Моделирование работы системы 30
4 Технико-экономическая часть 37
4.1 Расчет материальных затрат 37
4.2 Расчет трудоемкости изготовления устройства 37
4.3 Расчет сметы затрат на разработку 39
4.4 Расчет цены устройства 39
Заключение 42
Список литературы 43
Приложения 45

Введение:

Измерение расстояния бесконтактным способом без необходимости перемещаться между объектами измерения открывает большие возможности перед человеком. Одним из наиболее простых и дешевых аппаратов, разработанных учеными и конструкторами, является ультразвуковой дальномер.
Бесконтактные способы измерения расстояний основаны на законах распространения волн в ультразвуковом диапазоне. Данный способ измерения широко применяется в повседневной жизни: ни одно УЗИ в поликлинике не может обойтись без него, эхолот используется на рыбалке и морскими и речными судами, парктроник в автомобиле помогает избежать столкновения с различными препятствиями при движении задним ходом. Одним из самых современных применений данного устройства является использование его в робототехнике, помогая роботу лучше «осязать» мир. В живой природе принцип ультразвуковой локации используется, например, летучими мышами и дельфинами.
Современные аппараты, используя последние достижения в разработке программного обеспечения и производстве микропроцессоров, обладают возможностью проведения более сложных операций, чем просто фиксация результатов измерений, Так, например, они могут рассчитывать площадь обмеряемой территории, а также угловые координаты цели.
При этом нужно отметить существенные недостатки, которые присущи приборам, работающим с использованием ультразвуковой локации. В первую очередь это касается точности измерения, которая определяется средой, в которой распространяется ультразвук. Ее характеристики и их значения, в первую очередь плотности, не являются постоянными и могут меняться в процессе проведения измерительных работ. К другим недостаткам можно отнести ограниченность по расстоянию замера. Минимальная дистанция для данных приборов составляет 0,3 м., а максимальная 20 м. Исходя их этого и разрабатывается устройство для применения в конкретной области.
Целью данного дипломного проекта и является проектирование и разработка звукового дальномера.

Заключение:

В процессе выполнения выпускной работы был разработан звуковой дальномер, позволяющий производить измерения расстояния до выбранного объекта.
Разработанная система предназначена для использования как в быту, так и на производстве.
Особенностью данного устройства является то, что его работа базируется на методе ультразвукового измерения дальности.
Данная устройство использует ультразвуковой датчик, состоящий из датчика-излучателя и датчика-приемника, позволяющий излучать УЗ волны и принимать отклик от объекта. Также в нем предусмотрен лазерный модуль, позволяющий точно наводить на нужный объект данный датчик.
В результате разработки была написана управляющая программа, а также проведено моделирование в среде Proteus.
Таким образом, можно сделать вывод, что выполненная работа соответствует поставленному заданию.

Фрагмент текста работы:

1 Техническое задание
1.1 Назначение и область применения
Звуковой дальномер предназначен для измерения расстояния до выбранного объекта.
Устройство предназначено для использования в быту и на производстве.

1.2 Условия эксплуатации
Климатические:
— температура окружающего воздуха — от -10 ° С до + 50 ° С;
— относительная влажность — до 80% при температуре + 35° С;
— атмосферное давление — от 630 мм. рт. ст. до 800 мм. рт. ст.
Механические удары, тряски, вибрации отсутствуют.

1.3 Технические параметры
Характер работы – полуавтоматический, по запуску с кнопки.
Расстояния для измерения – от 0,05…4м.
Обеспечить наличие лазерной отметки до выбранного объекта.
Обеспечить индикацию измеренных расстояний.

1.4 Требования к конструктивному оформлению
Система должна быть спроектированной в виде отдельного блока с использованием современной техники и стандартной элементной базы.

2 Теоретическая часть
2.1 Анализ задания
Исходя из технического задания, разрабатываемое устройство базируется на методе ультразвукового измерения дальности.
Суть данного метода основывается на явлении распространения звуковых волн в воздушной среде и отражения их в процессе распространения от других сред (контролируемых тел).
Информация о расстоянии до контролируемого тела, точнее некоторой отражающей зоны, принадлежащей поверхности контролируемого тела, определяется временным запаздыванием принимаемого сигнала относительно излучаемого. Примерно таким же образом летучие мыши ориентируются в пространстве: они излучают вперед направленный пучок ультразвуковых колебаний и ловят отраженный сигнал. Звуковые волны распространяются в воздушной среде с определенной скоростью, поэтому по задержке прихода отраженного сигнала можно с достаточной степенью точности судить, на каком расстоянии находится тот предмет, который отразил звук.
Устройство ультразвукового измерения расстояния производит измерение расстояния до контролируемого тела по схеме эхо-локации (рис. 2.1).
Для измерения расстояний в воздушной среде используются пьезокерамические преобразователи, работающие на определенной частоте. Два пьезокерамических преобразователя (излучающий и приемный), подбираются так, чтобы резонансная частота излучения излучающего, совпадала с резонансной частотой приема приемного, образуя акустический блок.