XÁC ĐỊNH VẬT THẺ BẰNG SÓNG ÂM

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG X W LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÁC ĐỊNH VẬT THỂ BẰNG SÓNG ÂM   SVTH: PHẠM DUY KHIÊM MSSV: 811152D GVHD: Th.S HOÀNG MẠNH HÀ 1      NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN     NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN   Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, xã hội không ngừng phát triển lên, sống nâng lên chất lẩn tinh thần nhu cầu ứng dụng khoa học vào đời sống nhằm đáp ứng cho lợi ích người theo củng tăng lên nhanh chóng Trong trình tìm hiểu sơ thấy đề tài sóng ậm ứng dụng rộng rải sống, đặc biệt y khoa , cơng nghiệp nhiều lỉnh vực khác lý mà em chon đề tài nghiên cứu “ Xác định vật thể sóng âm” Nếu đề tài thành cơng ta ứng dụng vào hệ thống : Hệ thống Quan sát đêm, đo độ sâu, dị tìm vật thể, đo khoảng cách… Trong q trình nghien cứu khơng thể tránh sai sót nên em mong nhận lời nhận xét, hướng dẫn giúp đỡ thầy cô khoa điện tử viễn thông Hơn hết em xin cảm ơn thầy Hồng Mạnh Hà tận tình hướng dẫn em hoàn thành báo báo cáo TP.HCM, Tháng Năm 2009 Sinh viên thực SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     1  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  MỤC LỤC PHẦN I : LÝ THUYẾT   6  Chương 1:TÌM HIỂU VỀ SĨNG ÂM  . 6  1.1 Sóng âm và c m giác âm  . 6  1.2  S  truy n âm. V n t c âm   7  1.3   Đ  cao c a âm  . 8  1.4   Âm s c   8  1.5 Năng l ng âm   10  1.6 Đ  to c a âm  . 10  1.7  Ngu n âm – H p c ng h ng  . 12  CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ TOF  14  2.1 Nguyên lý TOF   14  2.2.Các tượng nhiễu:   15  2.2.1 Sai số lặp :   15  2.2.2 Hiện tượng forecasting  15  2.2.3 Hiện tượng crosstalk   16  2.2.4 Phân loại tượng đọc chéo   17  2.2.5 Ch Thuật ngữ   18  ng 3: TÌM HI U V  LÝ THUY T ANTEN &M NG ANTEN   19  3.1  ANTEN   19  3.1.1  Đ nh Nghĩa   19  3.2   M ng Anten (Array Antennas)   21  3.2.1 Định nghĩa 21 3.2.2 PLANAR (PLANAR ARRAY) 21  3.3  Mơ ph ng đáp  ng c a búp sóng chính c a m ng b ng Matlab  . 34  Ch ng 4  TÌM HI U Đ NG C  B C . 37  4.1 Gi i thi u  . 37  4.2 Các lo i đ ng c  b c   37  4.2.1   Đ ng c  bi n t  tr    38  4.2.2   Đ ng c  đ n c c  . 39  Chương 5: TÌM HIỂU VI XỬ LÝ   41  5.1 Lòch sử phát triển vi xử lý:   41  SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     2  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  5.2 Chức vi xử lý   42  5.3 Caùc khái niệm cấu trúc vi xử lý   44  5.3.1 Chiều dài từ liệu 44 5.3.2 Khả truy xuất nhớ: 45 5.3.3 Tốc độ làm việc vi xử lý 45 5.4 Khảo sát sơ đồ chân 89C51   46  5.4.1 Caùc Port:  . 47  5.4.2 Các ngõ tín hiệu điều khiển:  . 48  5.4.3 Các ngõ vào dao động Xtal1, Xtal2  . 49  5.5 Cấu trúc nhớ vi điều khiển   49  5.5.1 Tổ chức nhớ:   49  5.5.2 Khaûo sát tập lệnh vi xử lý :   60  5.5.3 Nhoùm lệnh di chuyển liệu (8 bit)   62  5.6 TIMER/COUNTER   81  5.6.1 THANH GHI CHỌN KIỂU LÀM VIỆC CHO TIMER/COUNTER:   81  5.6.3 CÁC KIỂU HOẠT ĐỘNG CỦA TIMER VÀ CỜ TRÀN :  . 83  PHẦN II :   KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ   87  Kết quả   87  1.1Sơ đồ khối hệ thống  . 87  1.2 Tín hiệu sau phát chạm vào vật thể phản xạ dược thể trên   100  1.3 Đánh giá:   101  1.4 Một số hình thay đổi góc kích làm thay đổi hướng búp sóng:   102  Tài liệu tham khảo   107  SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     3  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  DANH MỤC CÁC HÌNH Hình: Ngun lý TOF   14  Hình 2: Sự phản xạ sóng siêu âm bề mặt vật liệu . 16  Hình: Hiện tượng Forecasting  . 16  Hình: Hiện tượng đọc chéo   17  Hình 5: M ng anten 2 chi u   22  Hình 6: M ng 3 chi u  . 23  Hình 7: Đáp  ng c a búp sóng chính   26  Hình 8: Đ  th  b c x   . 28  Hình 9: Đ  th  b c x  3D  29  Hình 10: M ng anten 2 chi u   30  Hình 11: Mảng chiều   31  Hình 12: Đáp  ng c a búp sóng chính   32  Hình 13: Đồ thị xạ   33  Hình 14: Đáp  ng c a búp sóng chính   33  Hình 15: Mơ ph ng b c x  c a h  b ng Matlab   34  Hình 16: Đáp  ng c a búp sóng chính   35  Hình 17: Đáp  ng c a búp sóng chính   36  Hình 18: S  đ  c c đ ng c  bi n tr  t    38  Hình 19:đ ng c  đ n c c   39  Hình 20: Sơ đồ khối hệ thống   87  Hình 22: Mạch phát có lọc tín hiệu   88  Hình 23:Layout mạch phát có lọc tín hiệu  . 89  Hình 24:board phát xung   89  Hinh 25:board phát có lọc tín hiệu   90  Hinh 26: Mạch thu tín hiệu phản xạ về   91  Hình 27:layout mạch thu   92  Hình 28:board thu tín hiệu  . 92  Hình 29:board thu phát tín hiệu   93  Hình 30:Mạch tách mức   93  Hình 31: layout mạch tách mức  . 94  Hinh32:Board tách mức   94  SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     4  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Hình 33:Mạch chuyển kênh   95  Hình 34: layout mạch chuyển kênh   96  Hình 35:board mạch chuyển kênh   96  Hình 36:Động bước   97  Hình 37:Mạch điều khiển động bước   97  Hình 38:Mạch nguồn  . 98  Hình 39:Mạch lái động bước  . 98  Hình 40: layout mạch điều khiển lái động bước   99  Hình 41: Board điều khiển động cơ  . 99  Hình 42: Board lái động cơ   100  Hình 43: Tín hiệu thể độ xa gần vật thể   100  Hình 44: Tín hiệu thể độ xa gần vật thể   101  Hình 45: Tín hiệu thể kích thước vật thể  . 101  Hình 46: Góc kích βx = βy = 0   102  Hình 47: Góc kích βx = βy = π/8   103  Hinh 48 Góc kích βx = βy = π/6   104  Hình 49 Góc kích βx = βy = π/2   105  Hình 50:Góc kích βx = βy = π  . 106  SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     5  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  PHẦN I : LÝ THUYẾT Chương 1:TÌM HIỂU VỀ SĨNG ÂM 1.1 Sóng âm cảm giác âm Lấy thép mỏng đàn hồi dài hẹp kẹp chặt đầu Dùng tay gẩy nhẹ đầu kia, mắt ta thấy kim loại dao động Hạ dần đầu kim loại dao độn Hạ dần đầu xuống để phần dao động ngắn bớt , lại dùng tay gẩy nhẹ đầu trên, mắt ta thấy dao động với tần số lớn trước Khi phần ngắn tới mức độ (tức tần số dao động lớn tới giá trị đó), tai ta bắt đầu nghe thấy tiếng vu vu nhẹ: bắt đầu phát âm Như dao động thép lúc phát âm thanh, có lúc khơng phát âm Hiện tượng giải thích sau Khi thép dao động phía đó, làm cho lớp khơng khí liền trước bị nén lại, lớp khơng khí liền sau giãn Sự nén giãn khơng khí lặp lại cách tuần hồn, tạo khơng khí sóng học dọc có tần số tần số dao động kim loại Sóng khơng khí truyền tới tai ta, nén vào màng nhĩ, làm cho màng nhĩ dao động với tần số đó, có khả tạo cảm giác âm tai ta tần số sóng đạt tới độ lớn định Tai người cảm thụ dao động có tần số từ khoảng [ đến khoảng Những dao động miền tần số gọi dao động âm, sóng có tần số miền gọi sóng âm, gọi tắt âm Mơn khoa học nghiên cứuvề âm gọi âm học Sóng âm truyền chất rắn, lỏng khí Khi áp tai mặt đất, với thói quen, ta nghe tiếng đồn ngựa phi, đoàn tàu chạy xa, mà tiếng động truyền khơng khí khơng đến tai ta sóng âm truyền khơng khí bị nhiều vật cản chóng bị tắt SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     6  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Những sóng học có tần số lớn gọi sóng siêu âm Một số lồi vật dơi, dế, cào cào… phát cảm thụ sóng siêu âm Những sóng có tần số nhỏ gọi sóng hạ âm Con người dùng khí cụ thích hợp phát thu sóng siêu âm sóng hạ âm, sử dụng chúng khoa học kĩ thuật Về chất vật lí, sóng âm, sóng siêu âm sóng hạ âm khơng khác nhau, khơng khác sóng học khác Sự phân biệt dựa khả cảm thụ sóng học tai người, đặc tính sinh lí tai người định Vì vậy, âm học người ta phân biệt đặc tính vật lí âm, đặc tính sinh lí âm có liên quan đến cảm thụ âm người 1.2 Sự truyền âm Vận tốc âm Sóng âm truyền tất mơi trường khí, lỏng rắn Vận tốc truyền âm (vận tốc âm) phụ thuộc tính đàn hồi mật độ mơi trường Nói chung vận tốc âm chất rắn lớn chất lỏng chất lỏng lớn chất khí Vận tốc truyền âm thay đổi theo nhiệt độ Sau vận tốc truyền âm số chất Chất rắn chất lỏng (t = 200C) Chất khí (áp suất bình thường) Thép cácbon 6100m/s Khơng khí (t = 0oC) 332m/s Sắt 5850m/s Hơi nước (t = 135oC) 494m/s Cao su 1479m/s Nước 1500m/s SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     7  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Hình 29:board thu phát tín hiệu Khối mạch tách mức: Hình 30:Mạch tách mức SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     93  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  Mạch layout tách mức: Hình 31: layout mạch tách mức Thực board mạch tách mức: Hinh32:Board tách mức SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     94  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  Khối mạch chuyển kênh: Hình 33:Mạch chuyển kênh SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     95  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  Layout mạch chuyển kênh: Hình 34: layout mạch chuyển kênh Thực board mạch chuyển kênh: Hình 35:board mạch chuyển kênh SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     96  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Mơ hình động bước: Hình 36:Động bước Khối mạch điều khiển lái động cơ:   Hình 37:Mạch điều khiển động bước SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     97  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà    Hình 38:Mạch nguồn   Hình 39:Mạch lái động bước SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     98  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  Layout mạch điều khiển lái động bước: Hình 40: layout mạch điều khiển lái động bước Thực board điều khiển lái động bước: Hình 41: Board điều khiển động SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     99  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  Hình 42: Board lái động 1.2 Tín hiệu sau phát chạm vào vật thể phản xạ dược thể Oscilloscope Hình 43: Tín hiệu thể độ xa gần vật thể SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     100  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Hình 44: Tín hiệu thể độ xa gần vật thể Hình 45: Tín hiệu thể kích thước vật thể 1.3 Đánh giá: Bài học kinh nghiệm SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     101  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  • Thực đồng tín hiệu thu (điện áp phần tử thành phần phải nhau) • Từ khoảng cách thiết kế chọn tần số làm việc cho hệ thống • Chọn số lượng phần tử mảng phù hợp với lý thuyết kích thước búp sóng muốn tạo • Vấn đề cách âm phần tử để giảm tối đa nhiểu lẩn • An tồn đo đạc thử nghiệm ™ Hướng cải thiệ mở rộng đề tài: • Hiệu chỉnh, hồn thiện thiết kế phần cứng • Thực thay đổi pha xung kích phần tử để thay đổi hướng búp sóng theo ý muốn mà khơng cần thực động bước 1.4 Một số hình thay đổi góc kích làm thay đổi hướng búp sóng: Hình 46: Góc kích βx = βy = SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     102  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Hình 47: Góc kích βx = βy = π/8 SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     103  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Hinh 48 Góc kích βx = βy = π/6 SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     104  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Hình 49 Góc kích βx = βy = π/2 SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     105  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà  Hình 50:Góc kích βx = βy = π • Thực thêm giải thuật nâng cao chất lượng tín hiệu thu • Thu nhỏ diện tích mảng tăng số lượng phần tử để tăng độ định hướng búp sóng mảng • Có thể mả hóa tín hiệu để làm giảm bớt ảnh hưởng nhiễu SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     106  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  Tài liệu tham khảo • Antenna Theory and Analysis And Disegn- Constantine A.Balanis • Phased Array Antenna Handbook - Robert J Mailloux • Array and Phased Array Antenna Basics - Hubregt J Visser • Điện tử thông tin – TS Phạm Hồng Liên • Và tham khảo nguồn tài liệu mạng internet SVTH: Ph m Duy Khiêm – MSSV: 811152D     107  ... m? ?Duy? ?Khiêm – MSSV:? ?811152D? ?    45  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hồng M nh Hà    Vi xử ly Tần số xung clock chiều dài từ liệu 8051 12MHz 8-bit Z80A 4MHz 8-bit Z80B 6MHz 8-bit 286 16MHz 16-bit... xác định kết trước SVTH: Ph m? ?Duy? ?Khiêm – MSSV:? ?811152D? ?    29  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  Hình 10: Mảng anten chiều SVTH: Ph m? ?Duy? ?Khiêm – MSSV:? ?811152D? ?    30  Lu n văn T t nghi... SVTH: Ph m? ?Duy? ?Khiêm – MSSV:? ?811152D? ?    31  Lu n văn T t nghi p   GVHD: ThS.Hoàng M nh Hà  Hình 12: Đáp ứng búp sóng 3.2.2.3 Góc khối Góc khối hệ số xếp SVTH: Ph m? ?Duy? ?Khiêm – MSSV:? ?811152D? ?