Українська (Україна) 
Русский (Россия) 
English (United Kingdom) Ложные срабатывания лестничной подсветки при использовании ультразвуковых датчиков расстояния. Правила установки ультразвуковых сенсоров.
Ниже мы собрали многолетний опыт использования ультразвуковых сенсоров и возможные проблемы при их использовании. Ультразвуковые датчики или ультразвуковые датчики расстояния предназначены для измерения расстояния до препятствия.
1.Принцип действия.
Принцип работы ультразвуковых сенсоров построен на излучении звуковой волны в ультразвуковом диапазоне с определенной периодичностью и прием отраженного сигнала от препятствия. Зная скорость звука и время которое понадобилось для возврата звука не сложно рассчитать расстояние пройденное звуком за промежуток времени.
Показать подробнее (Что бы не утомлять уважаемого читателя техническими подробностями мы спрятали их под кат)
Датчик использует ультразвук частотой ~40 кГц.
Он излучает короткий ультразвуковой импульс, который распространяется в воздухе, отражается от препятствия и возвращается обратно к приёмнику.
Расстояние вычисляется по времени пролёта сигнала:
S=(v⋅t)/2где:
-
S — расстояние до объекта
-
v — скорость звука в воздухе (~343 м/с при 20 °C)
-
t — время между излучением и приёмом эха
-
деление на 2 — потому что сигнал проходит путь «туда и обратно»
2. Конструкция датчика
Датчик подключается при помощи 4-х проводов:
- Питание датчика "+5В",
- "GND" или "-" питания
- "Тригер" Tx
- "Эхо" Rx
Датчик содержит:
-
передатчик ультразвука (Tx, излучатель),
-
приёмник ультразвука (Rx),
-
контроллер, который формирует импульсы и измеряет время.
3. Последовательность работы
Шаг 1. Запуск измерения
На вывод TRIG подаётся логическая «1» длительностью не менее 10 мкс.
Шаг 2. Генерация ультразвука
Контроллер датчика:
-
формирует пакет из 8 импульсов по 40 кГц,
-
передаёт их на ультразвуковой излучатель.
Шаг 3. Распространение волны
Ультразвук:
-
распространяется в воздухе,
-
отражается от ближайшего объекта,
-
возвращается к приёмнику.
Шаг 4. Приём эха
Приёмник улавливает отражённую волну и передаёт сигнал контроллеру.
Шаг 5. Формирование сигнала ECHO
На выводе ECHO появляется логическая «1»:
-
начало импульса — момент излучения,
-
конец — момент приёма отражения.
Длительность импульса прямо пропорциональна расстоянию.
4. Пересчёт времени в расстояние
Расчетом расстояния занимается контроллер. На основании данных времени между переданным сигналом и его отраженным эхом контроллер рассчитывает расстояние до препятствия в сантиметрах: S_см=t_мкс/58. Затем он сравнивает его со значением расстояния записанным в памяти контроллера, которое вы задали в меню настроек для этого сенсора или установили при калибровке. Сам замер расстояния осуществляется циклом из нескольких последовательных измерений с интервалом в 50 мс, их сравнением с предыдущим замером, отсеиванием значений с сомнительными результатами и значительно отличающимися от остальных. Если все 3 замера расстояния одинаковы - препятствие считается реальным и регистрируемым и только тогда начинается включение ступенек лестницы. Если значения отличаются - этот замер игнорируется и повторяется через 200 мс. Используемый метод гистерезиса позволяет исключить ложные срабатывания.5. Рабочие характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Напряжение питания | 5 В |
| Рабочая частота | 40 кГц |
| Диапазон измерений | ~2 см – 400 см |
| Угол обзора | ~15° |
| Разрешение | ≈ 3 мм |
| Минимальный интервал измерений | ~60 мс |
6. Ограничения и особенности
-
Мягкие и пористые поверхности плохо отражают ультразвук.
-
Наклонные поверхности могут отражать сигнал в сторону.
-
Температура воздуха влияет на скорость звука (и точность).
-
Не работает в вакууме.
-
Возможны ложные отражения от узких предметов.
Проблемы.
1.Сенсор установлен слишком низко.
Минимальная допустимая высота установки сенсора от пола (ступеньки) зависит от дистанции обнаружения и ширины лестницы и может быть рассчитана через прилежащий катет и угол: a=b⋅tan(α), где прилежащий катет (ширина лестницы) b и угол α (обычно 30 градусов ), то противолежащий катет (высота установки) a. Но что бы не нагружать пользователей сложными расчетами мы просто рекомендуем соблюдать это расстояние не менее 50 см. Такой высоты полностью достаточно для лестниц любой ширины. Смотрите эскиз и видео.2. Сенсоры установлены один напротив другого.
3. Сенсоры не работают или срабатывают случайным образом.
Так как ультразвуковые сенсоры являются цифровыми высокочастотными устройствами, то они требовательны к используемым проводам и их длине. Для подключения сенсоров этого типа обязательно использование высококачественных медных экранированных проводов. Экран провода должен быть заземлен или занулен.