Độ không đảm bảo của kết quả đo khoảng cách sử dụng cảm biến siêu âm hs sr04 và ứng dụng phát hiện người ra vào phòng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÁO CÁO ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO CỦA KẾT QUẢ ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM HS-SR04 VÀ ỨNG DỤNG PHÁT HIỆN NGƯỜI RA VÀO PHỊNG Mơn học: Kỹ thuật đo lường cảm biến Giảng viên: Đinh Trần Hiệp Nhóm thực hiện: Vương Thanh Tùng - 21020884 ; Phạm Như Nguyên - 21020496; Phạm Thế Anh - 21020480 ; Lại Văn Thắng - 21020501 ; Vũ Văn Quyết - 21020873 ; Hà Nội, 16 tháng 11 năm 2023 Tóm tắt: Trong báo cáo nhóm em nêu rõ nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm chủ động (có phận phát sóng nhận sóng), sau ứng dụng nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm vào cảm biến HC-SR04 Các thí nghiệm thực để phân tích kết thu từ cảm biến HCSR04 phụ thuộc yếu tố khoảng cách đo nhiệt độ môi trường, từ ước lượng số phép đo lặp lại cho thí nghiệm lần sau phân tích độ không đảm bảo kết đo Phần ứng dụng thiết kế để đếm số người vào phịng cách sử dụng đặc tính Field of view thời gian phản hồi sóng Nó đặc biệt chỗ dùng cảm biến để theo dõi đối tượng, khác với thực nghiệm tìm thấy internet cách phát đối tượng vào phòng sử dụng cảm biến để phát đối tượng vào MỤC LỤC Phần Giới thiệu Phần Thông số cảm biến A Cơ sở lý thuyết B Cảm biến siêu âm HC-SR04 Phần Phân tích độ khơng đảm bảo kết phép đo 10 A Độ không đảm bảo nhiệt kế rượu 11 B Độ không đảm bảo thời gian bay sóng âm 12 C Bảng độ không đảm bảo 19 Phần Ứng dụng cảm biến siêu âm 21 A Các ứng dụng thực tế với cảm biến siêu âm 21 B Ứng dụng cảm biến siêu âm đếm số người vào phòng 21 C Thiết kế thực nghiệm 22 D Thảo luận 22 Phần Tài liệu tham khảo nhóm 24 Phần Giới thiệu Cảm biến siêu âm thiết bị có khả sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách đến đối tượng phát mà khơng cần tiếp xúc vật thể Sự ứng dụng rộng rãi cảm biến làm cho trở thành cơng cụ quan trọng nhiều lĩnh vực, từ tự động hóa cơng nghiệp đến robotics ứng dụng sống hàng ngày Việc sử dụng cảm biến siêu âm có nhiều ưu điểm, bao gồm khả đo khoảng cách nhanh chóng, đặc biệt môi trường không gian hở làm cho phù hợp cho nhiều ứng dụng đa dạng Từ việc đo khoảng cách để tránh va chạm cho robot tự hành, đến quản lý kho lưu trữ đo mực nước hồ chứa, cảm biến siêu âm có khả làm nhiệm vụ cách hiệu Tuy có nhiều lỗi xảy q trình đo Chính nhóm chúng em định tiến hành nghiên cứu cảm biến siêu âm để hiểu rõ cách hoạt động, hiệu suất tình thực tế khám phá ứng dụng tiềm nhiều lĩnh vực khác Nghiên cứu giúp chúng em tận dụng tối đa tiềm cảm biến siêu âm (nói chung) đóng góp vào việc phát triển giải pháp công nghệ sáng tạo dựa khả đo khoảng cách cách xác hiệu Phần Thông số cảm biến A Cơ sở lý thuyết Trong phép đo khoảng cách không tiếp xúc, thiết kế cảm biến với cách hoạt động truyền số loại tín hiệu nhận tín hiệu phản xạ Năng lượng truyền dạng Việc truyền nhận tín hiệu phản hồi sóng siêu âm sở cho máy đo phạm vi sử dụng siêu âm Sóng siêu âm sóng có dải tần số vượt qua khả nghe tai người (tức 20kHz) Tuy nhiên loại sóng với tần số cao động vật nhỏ cảm nhận chó, mèo, lồi gặm nhấm côn trùng, đặc biệt dơi heo Khi sóng truyền tới đốt tượng, phần lượng chúng bị phản xạ Trong nhiều trường hợp thực tế, lượng sóng siêu âm bị phản xạ cách khuếch tán, nghĩa cho dù góc tới sóng có thay đổi bị phản xạ gần đồng góc rộng, đạt tới 180 độ Nếu đối tượng chuyển động tần số sóng phản xạ khác với tần số sóng truyền tác dụng hiệu ứng Doppler Figure Cảm biến siêu âm đo khoảng cách Khoảng cách D tới đối tượng tính thơng qua tốc độ Vs sóng siêu âm mơi trường đo góc  : D= Vs  t f  cos( ) Trong t f khoảng thời gian để sóng siêu âm truyền từ máy phát đến đối tượng quay trở lại máy thu (Time of flight) Nếu máy phát máy thu đặt gần so với khoảng cách từ cảm biến đến đối tượng cos( )  Sóng siêu âm có lợi rõ ràng so với sóng vi ba (microwave): chúng lan truyền với tốc độ âm thanh, chậm nhiều so với vận tốc ánh sáng mà sóng vi ba sử dụng Do thời gian sóng bay dài phép đo thực dễ dàng tốn Để tạo sóng học nào, kể sóng siêu âm, cần phải có chuyển động bề mặt Chuyển động tạo nén giãn nở mơi trường, khí (khơng khí), chất lỏng hoăc chất rắn Loại thiết bị kích thích phổ biến tạo chuyển động bề mặt phạm vi tần số sóng siêu âm chuyển đổi piezoelectric (piezoeletric transducer), chuyển đổi trực tiếp từ lượng điện thành lượng học ngược lại Figure Cách Piezoelectric hoạt động (A), cấu tạo phận hoàn chỉnh (B) B Cảm biến siêu âm HC-SR04 Cảm biến siêu âm HC-SR04 cảm biến tiêu biểu có cấu trúc tương tự loại cảm biến siêu âm mô tả (gồm transmitter receiver) Dưới tóm tắt thơng số chức cảm biến HC-SR04 HC-SR04 cảm biến siêu âm chủ yếu dùng để xác định khoảng cách tới đối tượng phát mục tiêu Cảm biến đo khoảng cách xác cơng nghệ khơng tiếp xúc, công nghệ không liên quan đến tiếp xúc vật lý cảm biến đối tượng Máy phát máy thu (transmitter receiver) hai phận cảm biến, máy phát chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng siêu âm máy thu chuyển đổi tín hiệu sóng siêu âm phản xạ thành tín hiệu điện Bộ phận Máy phát máy thu Cơng nghệ sử dụng Công nghệ đo phát không tiếp xúc Điện áp hoạt động 5V Tần số sóng siêu âm 40kHz Khoảng đo 2cm-400cm Góc đo 30° Độ phân giải 0.3mm Dịng hoạt động