XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

По запросу наиболее крупных клиентов выпускаются датчики с особой прошивкой. Такие модели оптимизируются в соответствии с требованиями конкретных приложений. Несмотря на это, большинство разработчиков предпочитает использовать стандартные модели датчиков для своих устройств. Выбор оптимального датчика предполагает знание его особенностей. Разработчик должен учитывать возможные ограничения при написании программного кода. При правильном подходе стандартный датчик без каких-либо проблем может применяться даже в крупносерийных проектах.

Рассмотрим особенности выбора оптимального ультразвукового датчика для системы защиты от столкновения, используемой в мобильных роботах. В данной статье мы покажем основные различия между самыми популярными линейками датчиков и поясним, почему тот или иной датчик будет наиболее предпочтительным. Для получения полной информации о характеристиках каждого из представленных датчиков, следует обратиться к документации.

Наиболее популярными датчиками MaxBotix для систем защиты от столкновения являются: MB1033 из линейки HRLV-MaxSonar-EZ, MB1030 из линейки LV-MaxSonar-EZ и MB1240 из линейки XL-MaxSonar-EZ (рисунок 1).

Рисунок 1 – Внешний вид ультразвуковых датчиков

Все три представленных датчика являются практически полностью совместимыми с точки зрения монтажа. Они имеют одинаковое расположение ультразвукового трансдьюсера и монтажных отверстий. Однако стоит отметить, что на обратной стороне MB1240 расположен трансформатор, но по остальным размерам MB1240 идентичен MB1030 и MB1033. Для получения полной информации о габаритных размерах следует обратиться к документации (MB1033, MB1030, MB1240) или использовать предоставляемые 3D-модели.

Заводская калибровка диаграмм направленности ультразвуковых датчиков.

Компания MaxBotix калибрует каждый датчик, чтобы обеспечить повторяемость диаграмм направленности и других характеристик всех выпускаемых сенсоров. Калибровка диаграммы направленности важна, поскольку без соответствующей корректировки показания датчиков могут различаться в три раза. Именно поэтому датчикам от других производителей обычно не хватает стабильности для их использования в крупносерийных проектах.

Чтобы продемонстрировать возможности датчиков по распознаванию людей, обычно используют диаграмму обнаружения тестового объекта типа B (диаметр 2,53 см). На рисунке 2 видно, что все представленные датчики обнаруживают людей на расстоянии 1,2…1,5 метра.

Рисунок 2 – Диаграммы обнаружения объекта типа B (металлический цилиндр диаметром 2,54 см) для ультразвуковых датчиков MB1033, MB1030, MB1240

Как видно из диаграммы на рисунке 2 датчики отличаются ярко выраженной направленностью. Они способны игнорировать отражения от небольших объектов, расположенных вне прямого угла зрения.

К услугам разработчиков предлагаются и другие модели датчиков с большей или меньшей дистанцией обнаружения.

Температурная погрешность и погрешность монтажа ультразвукового датчика

Представленные датчики способны работать в диапазоне температур от –40 °C до + 65 °C. Тем не менее, для большинства приложений очень важно проводить испытания конечных устройств. Правильное тестирование наряду с грамотным выбором датчика и (или) выборочная калибровка могут устранить большинство погрешностей, вызванных особенностями конструкции и монтажа.

Количество ультразвуковой энергии, возвращаемой обратно на датчик, сильно зависит от температуры. Кроме того, излучаемый ультразвук испытывает многочисленные отражения внутри корпуса конечного прибора. Поэтому может оказаться так, что датчик нормально работает при комнатной температуре, но начинает сбоить, когда температура падает ниже 0 °C или поднимается выше 50 °C.

Длина волны ультразвука зависит от температуры, что вызывает соответствующие изменения при взаимодействии звука с окружающими объектами, в том числе и с конструктивными элементами. По этой причине рекомендуется тестировать выбранный датчик во всем диапазоне рабочих температур, чтобы проверить правильность его работы. Если при этом возникают проблемы, то решить их можно за счет выбора другого сенсора, использования пенопластовых вставок или изменения программы.

Работа ультразвукового датчика в широком диапазоне температур. Во всех крупносерийных проектах настоятельно рекомендуется проверять правильность работы датчика во всем диапазоне рабочих температур. Правильное тестирование помогает выявлять любые потенциальные аномалии, вызванные особенностями конструкции или монтажа сенсора.

При производстве датчики MaxBotix испытываются во всем диапазоне рабочих температур от –40° C до + 65 °C.

Управление питанием ультразвукового датчика.

Все три датчика имеют широкий диапазон рабочих напряжений. Для их питания могут быть использованы как источники 3,3 В, так и 5 В. Полную информацию о параметрах питания и потребления можно найти в документации.

Датчики MB1033 и MB1240 нормально работают даже при изменяющемся напряжении питания.

Как говорилось выше, датчик MB1030 выполняет калибровку при включении. Он способен работать в широком диапазоне напряжений питания. Тем не менее, если в процессе работы напряжение падает или увеличивается, необходимо отключить питание датчика и вновь включить, чтобы сенсор мог выполнить повторную калибровку.

Таким образом, датчики из линейки LV-MaxSonar-EZ, и в частности MB1030, не рекомендуется использовать в приложениях, где напряжение питания уменьшается или увеличивается в процессе работы, за исключением тех случаев, когда у пользователя есть возможность выполнять повторную калибровку.

Использованные источники:

Шарипов И.К., Атанов И.В. Гальваническая развязка линий связи // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве 74 научно-практическая конференция электроэнергетического факультета СтГАУ. 2010. С. 373-378.

Шарипов И.К., Атанов И.В. Аналоговые цепи модемов для передачи данных по сети 220 В // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве 74 научно-практическая конференция электроэнергетического факультета СтГАУ. 2010. С. 378-383.

Хорольский В.Я., Таранов М.А., Шемякин В.Н., Аникуев С.В. Экспериментальные исследования в электроэнергетике и агроинженерии. Ставрополь, 2013.

Шарипов И.К., Мастепаненко М.А., Воротников И.Н., Аникуев С.В., Антонов С.Н., Боровлев И.И., Адошев А.И., Шемякин В.Н., Федосеева Т.С. Средства повышения отказоустойчивости вычислительных систем // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. 2015. С. 332-336.