Українська (Україна) 
Русский (Россия) 
English (United Kingdom) Помилкові спрацьовування сходового підсвічування при використанні ультразвукових датчиків відстані. Правила встановлення ультразвукових сенсорів.
Нижче ми зібрали багаторічний досвід використання ультразвукових сенсорів та можливі проблеми при їх використанні. Ультразвукові датчики або ультразвукові датчики відстані призначені для вимірювання відстані до перешкоди.
1. Принцип дії.
Принцип роботи ультразвукових сенсорів побудований на випромінюванні звукової хвилі в ультразвуковому діапазоні з певною періодичністю та прийом відбитого сигналу від перешкоди. Знаючи швидкість звуку і час, який знадобився для повернення звуку, не складно розрахувати відстань, пройдену звуком за проміжок часу.
Показати докладніше ( Щоб не втомлювати шановного читача технічними подробицями ми сховали їх під кат )
Датчик використовує ультразвук частотою ~40 кГц .
Він випромінює короткий ультразвуковий імпульс, який поширюється у повітрі, відбивається від перешкоди та повертається назад до приймача.
Відстань обчислюється за часом прольоту сигналу:
S=(v⋅t)/2де:
-
S — відстань до об'єкта
-
v — швидкість звуку повітря (~343 м/с при 20 °C)
-
t — час між випромінюванням та прийомом луни
-
розподіл на 2 - тому що сигнал проходить шлях «туди і назад»
2. Конструкція датчика
Датчик підключається за допомогою 4-х дротів:
- Живлення датчика "+5В",
- "GND" або "-" харчування
- "Тригер" Передачу
- Рецепт "Ехо"
Датчик містить:
-
передавач ультразвуку (Tx, випромінювач),
-
приймач ультразвуку (Rx),
-
контролер , який формує імпульси та вимірює час.
3. Послідовність роботи
Крок 1. Запуск виміру
На висновок TRIG подається логічна "1" тривалістю не менше 10 мкс .
Крок 2. Генерація ультразвуку
Контролер датчика:
-
формує пакет з 8 імпульсів по 40 кГц
-
передає їх на ультразвуковий випромінювач.
Крок 3. Розповсюдження хвилі
Ультразвук:
-
поширюється у повітрі,
-
відбивається від найближчого об'єкта,
-
повертається до приймача.
Крок 4. Прийом відлуння
Приймач вловлює відбиту хвилю і передає сигнал контролеру.
Крок 5. Формування сигналу ECHO
На виведенні ECHO з'являється логічна «1»:
-
початок імпульсу - момент випромінювання,
-
кінець - момент прийому відбиття.
Тривалість імпульсу прямо пропорційна відстані.
4. Перелік часу у відстань
Розрахунком відстані займається контролер. З даних часу між переданим сигналом та її відбитим луною контролер розраховує відстань до перешкоди в сантиметрах : S_см=t_мкс/58 . Потім він порівнює його зі значенням відстані записаною в пам'яті контролера, яку ви задали в меню налаштувань для цього сенсора або встановили під час калібрування. Сам замір відстані здійснюється циклом з кількох послідовних вимірів з інтервалом в 50 мс, їх порівнянням з попереднім виміром, відсіюванням значень із сумнівними результатами і відмінними від інших. Якщо всі 3 виміри відстані однакові - перешкода вважається реальною і реєструється і тільки тоді починається включення сходів. Якщо значення відрізняються, цей вимір ігнорується і повторюється через 200 мс. Використовуваний метод гістерези дозволяє виключити помилкові спрацьовування.5. Робочі характеристики
| Параметр | Значення |
|---|---|
| Напруга живлення | 5 В |
| Робоча частота | 40 кГц |
| Діапазон вимірів | ~2 см – 400 см |
| Кут огляду | ~15° |
| Дозвіл | ≈ 3 мм |
| Мінімальний інтервал вимірювань | ~60 мс |
6. Обмеження та особливості
-
М'які та пористі поверхні погано відбивають ультразвук.
-
Похилі поверхні можуть відбивати сигнал убік.
-
Температура повітря впливає швидкість звуку (і точність).
-
Не працює у вакуумі.
-
Можливі помилкові відбиття від вузьких предметів.
Проблеми.
1.Сенсор встановлений надто низько.
Мінімальна допустима висота установки сенсора від підлоги (сходинки) залежить від дистанції виявлення і ширини сходів і може бути розрахована через прилеглий катет і кут: a=b⋅tan(α), де прилеглий катет (ширина сходів) b і кут α (зазвичай 30 градусів ), a протилежний. Але щоб не навантажувати користувачів складними розрахунками ми просто рекомендуємо дотримуватися цієї відстані не менше 50 см. Такої висоти цілком достатньо для сходів будь-якої ширини. Дивіться ескіз та відео.2. Сенсори встановлені один навпроти іншого.
3. Сенсори не працюють або спрацьовують випадковим чином.
Так як ультразвукові сенсори є цифровими високочастотними пристроями, то вони вимогливі до проводів, що використовуються, і їх довжині. Для підключення сенсорів цього типу обов'язковим є використання високоякісних мідних екранованих проводів. Екран дроту має бути заземлений або занулений.