دانلود تحقیق شبیه سازی موانع عقب خودرو

در این پروژه با استفاده از 4 سنسور مافوق صوت به شبیه سازی موانع عقب خودرو
می پردازیم این سیستم در خودروهای سنگین که امکان دیدن فضای پشت اتومبیل در آیینه عقب ندارند کاربرد مناسبی خواهد داشت چگونگی کارکرد این پروژه به این صورت است که موج مافوق صوت به وسیله فرستنده ارسال می گردد همزمان یک تایر در میکرو راه اندازی می شود زمانی که موج ارسالی به مانع برخورد کرد و در گیرنده دریافت شد میکرو تایمر را متوقف می کند زمان اندازه گیری شده توسط تایمر عبارت است از زمان رفت و برگشت موج که نصب این زمان ، زمان رفت موج خواهد بود حاصل ضرب این زمان در سرعت موج مافوق صوت فاصله مانع تا سنسور را به ما می دهد که براساس آن به مدل کردن خودرو نسبت به موانع می پردازیم.

فصل اول








1-1- ماهیت امواج صوتی و مافوق صوت :
وقتی جسمی در محیط مادی مرتعش می شود منجر به ارتعاش محیط اطراف خود می گردد اگر در یک محیط یک آشفتگی ایجاد کنیم این آشفتگی ، ذره به ذره در محیط جابه جا شده و پیش می رود این پدیده فیزیکی ما را به تعریف اولیه موج رهنمون می شود:
"انتشار آشفتگی در محیط را موج می نامیم."
دسته ای از امواج برای انتشار به محیط مادی نیاز ندارند ."موجهای الکترومغناطیس" که به لحاظ ماهیت از دوموج الکتریکی و مغناطیسی متعامد تشکیل می گردند از این دسته اند نور عمده ترین عضو مجموعه امواج الکترومغناطیس محسوب می شود.

دسته دیگری از امواج که برای انتشار به محیط مادی نیاز دارند "امواج مکانیکی" نامیده می شوند برحسب راستای جابه جایی اجزای محیط ، امواج به دو دسته تقسیم می شوند چنانچه این جابه جایی در امتداد راستای انتشار باشد موج را "موج طولی " و اگر جابه جایی عمود بر راستای انتشار باشد موج را "موج عرضی" می خوانند.

صوت نتیجه حاصل از ارتعاش مکانیکی در محیط مادی است در اثر ارتعاش یک جسم مرتعش هوای اطراف آن نیز به ارتعاش در می آید این موجها در هوا منتشر شده و انرژی مکانیکی را منتقل می کند.

شکل 1-1: نمایش انتشار امواج صوتی
در صورتی که این امواج در محدوده فرکانسی Hz20 تا KHz20 قرار گیرد برای گوش انسان قابل تشخیص خواهند بود به این گستره "محدوده شنوایی" انسان گفته می شود.

موج های با فرکانس پائین تر از Hz20 "امواج فروصوتی" یا "مادون صوت" و موج های با فرکانس بیش از KHz20 را "امواج فراصوتی" یا "مافوق صوت" نامگذاری شده اند بدیهی است این امواج قابل شنیدن نیستند.

در کاربردهای عملی برای امواج مافوق صوت فرکانس استانداری در نظر گرفته می شود که در این فرکانس کار کردن با این امواج بهینه خواهد بود در اغلب فرستنده ها و گیرنده های آلتراسونیک این فرکانس برابر KHz40 در نظر گرفته شده است که به طبع آن فرکانس مرکزی متصل به این گونه حسگرهای مافوق صوت برابر KHz40 خواهد بود که در این باره در فصول آتی توضیح داده می شود.

شکل 1-2- نمایش محدوده فرکانسی امواج مافوق صوت

امواج مافوق صوت به علت ویژگی های مناسب و منحصر به فرد خود مانند خاصیت انتشار خوب انعکاس پس از برخورد با مانع ، غیرقابل حس بودن به وسیله شنوایی ، خاصیت نفوذ در اجسام به علت طول موج کوتاه و ...

کاربردهایی بسیار زیادی در زمینه های گوناگون از جمله صنعت ، پزشکی ، هوافضا، راهنمایی رانندگی ، تسهیلات نظامی و ...

پیدا کرده اند در ذیل به اختصار برخی از کاربردهای این امواج آمده است .

1-2- کاربردهای امواج مافوق صوت :
الف- ارتفاع سنج ها:
یکی از بهترین روشها برای اندازه گیری ارتفاع مایعات داخل مخازن استفاده از امواج آلتراسونیک است دقت و کارآیی بالای به کارگیری این شیوه در اندازه گیری سطح مایعات باعث شده است که ارتفاع سنج های مافوق صوت در صنعت کاربرد روزافزونی بیابند علت استفاده از این امواج در اندازه گیری عمق مایعات آن است که امواج مافوق صوت کمترین ضریب شکست در مایعات را دارا هستند.

شکل 1-3: ارتفاع سنجی مافوق صوت
معمولاًموج فرستاده شده در راستای عمود به سطح مایع برخورد کرده و باز می گردد و ارتفاع مایع با درصد خطای کمی محاسبه می شود.

اساس این کار به این ترتیب است که فرستنده ای موج را به داخل مخزن ارسال می کند و گیرنده موج برگشتی را دریافت کرده و در این بازه زمانی (ارسال تا دریافت) یک شمارنده فعال شده و از آنجا که سرعت این امواج در مایعات مختلف قبلاً اندازه گیری شده و در اختیار ماست با داشتن پارامتر سرعت و نصف زمان رفت و برگشت عمق مایع با دقت قابل قبولی بدست می آید.

ب- تست سلامت اجسام :
از آنجا که نشان داده شده است که امواج مافوق صوت به شکل امواج مکانیکی با تغییرات فرکانسی خیلی بالا غالباً در ساختمان فیزیکی و شیمیایی مواد تغییر حاصل نمی کند می توان آن را به داخل ماده تست شوند.(به عنوان مثال بدنه کشتی یا هواپیما و ...) فرستاد و از سلامت جسم در مقابل ترک ، خورده شدگی و تغییر شکل اطمینان حاصل نمود.

پ- فاصله سنج ها :
یکی از مهمترین کاربردهای امواج مافوق صوت اندازه گیری فاصله در نقشه برداری و مهندسی عمران می باشد دوربین نقشه برداری جدید با خاصیت آلتراسونیک کار کرده و حتی دقت آنها به cm نیز می رسد نمایش فاصله در این دوربین ها با امکانات جانبی و به صورت دیجیتال انجام می شود اساس فاصله سنجی مافوق صوت بر خاصیت انعکاس امواج آلتراسونیک در اثر برخورد با مانع و اندازه گیری نصف زمان رفت و برگشت است که در تقسیم سرعت انتشار موج در فضا بر این مدت زمان می توان فاصله تا مانع را محاسبه کرد.

اندازه گیری این زمان به روشهای گوناگون و با استفاده از شمارنده ها ، تایمرها و یا میکروکنترلر ها در صورتی که سیستم دارای امکانات جانبی بیشتر و پیچیده تری باشد انجام می شود.

شکل 1-4: فاصله سنجی مافوق صوت پروژه حاضر نیز براساس تکنولوژی فاصله سنجی آلتراسونیک پی ریزی گردیده است.

ت – تراکم سنج ها : با توجه به اینکه سرعت انتشار امواج مافوق صوت در مواد گوناگونی با تراکم های مختلف متغیر است می توان از این امواج به عنوان تراکم سنج استفاده نمود.

تکنیک کار به این صورت است که در یک طرف فرستنده آلتراسونیک را قرار داده و در طرف دیگر گیرنده را تعبیه می کنیم و مدت زمان ارسال و دریافت موج را اندازه گیری کرده با توجه به طول جسمی که موج در آن حرکت کرده سرعت موج که معیار مناسبی برای تشخیص تراکم ماده است بدست می آید.

شکل 1-5: تراکم سنجی مافوق صوت ث- اندازه گیری سرعت سیال و دبی سنج ها با استفاده از خاصیت انتشار امواج مافوق صوت در میان سیالات واندازه گیری مدت زمان انتشار در یک فاصله مشخص در جهت حرکت سیال و در خلاف جهت حرکت آن و با توجه به متناسب بودن اختلاف این دو زمان با سرعت سیال می توان سرعت و دبی سیال را محاسبه کرد.

شکل 1-6: سنجش سرعت سیال به وسیله امواج مافوق صوت ج – سرعت سنج ها : اساس سرعت سنج های آلتراسونیک بر پدیده دوپلر استوار است بدین صورت که فرکانس پایه توسط یک فرستنده مافوق صوت تولید شده و به طرف جسم متحرک ارسال می شود و گیرنده موج برگشتی را دریافت می کند فرکانس سیگنال دریافتی با توجه به اثر دوپلر با فرکانس ارسالی متفاوت می باشد با محاسبه این اختلاف فرکانس توسط میکرو سرعت جسم محاسبه شده و توسط نمایشگر نمایش داده می شود.

شکل 1-7: سرعت سنجی مافوق صوت همانطور که گفته شد استفاده از امواج آلتراسونیک در صنعت گسترس روز افزونی دارد که ذکر همه آنها در این مجال نمی گنجد و آنچه ذکر شد صرفاً اساسی ترین کاربردهای این امواج در صنعت بودند از سوی دیگر کاربردهای نظامی این امواج ( به عنوان مثال در زیردریایی ها برای تشخیص مانع ) و برای استفاده پزشکی آن (به عنوان نمونه سنگ شکن های کلیه ، تعیین ضربات قلب جنین ) و به کارگیری آن در راهنمایی رانندگی (مانند اخطار به اتومبیل های با سرعت غیرمجاز ) همچنین در دستگاه های پرداخت جواهرات و ...

همه و همه حاکی از اهمیت این امواج در زندگی بشر امروز است که تحقیق و پژوهش در این زمینه را ضروری و لازم می نماید.

فصل دوم : بلوک دیاگرام کلی پروژه نگاهی به بلوک دیاگرام کلی پروژه : در این فصل به اجمال به توضیح بخشهای مختلف مدار می پردازیم تا دید کلی نسبت به اجزاء اصلی و آنچه که این پروژه به دنبال دست یافتن به آن است حاصل گردد.

شکل 2-1: بلوک دیاگرام کلی پروژه مدار فرستنده مدار گیرنده بخش کنترل سیستم نمایشگر 2-1- مدار فرستنده : مدار فرستنده خود شامل قسمتهای دیگری است که عبارتند از : الف- ترانسدیوسر فرستنده مافوق صوت ب- نوسان ساز : یا فرکانس کاری 40 KHZ پ- مدار کلید زنی : برای رساندن سطح ولتاژ نوسان ساز به سطح ولتاژ مورد نیاز در این قسمت در صورتی که اسیلاتور ما موج مربعی باشد مدار کلیدزنی نیاز داریم و اگر موج سینوسی باشد به تقویت کننده احتیاج خواهیم داشت .

ث- مدار بافر: برای جلوگیری از اثر بار گذاری فرستنده بر روی مدار ث- رله آنالوگ – دیجیتال: برای انتخاب فرستنده گیرنده فعال 2-2- مدار گیرنده : مدار گیرنده به زیر بخشهای زیر تقسیم می شود الف- ترانسدیوسر گیرنده مافوق صوت ب- تقویت کننده طبقه اول پ- فیلتر یا فرکانس مرکزی 40KHZ ت- تقویت کننده طبقه دوم با بهره متغیر ث- مدار تولید پالس منطقی به وسیله اشمیت تریگر برای بخش کنترل 2-3 – بخش کنترل در این بخش می توان از IC های میکروکنترلر به عنوان بخش کنترل و پردازش منطقی استفاده کرد این IC ها انواع گوناگون داشته با زبانهای مختلف برنامه نویسی شده و توسط شرکتهای متفاوتی ساخته می شوند ، امروزه مدارهای مجتمعی همچون 8051 ، میکروهای سری AVR و میکروهای سری PIC از مشهورترین میکروکنترلرهایی هستند که به عنوان هسته اصلی پردازش مدارات الکترونیکی استفاده می شوند همچنین می توان مدار پردازشگری با استفاده از گیتهای منطقی مختص این مدار طراحی کرد که این روش امروزه به دلیل عدم انعطاف پذیری و دقت کم عملاً منسوخ شده است در این پروژه از میکروکنترلر ATMEGA16 یا ATMEGA32 که از سری میکروکنترلرهای AVR هستند می توان استفاده کرد از مزیت این میکروها می توان به سرعت و دقت بسیار بالای آنها اشاره کرد علاوه بر آن برنامه نویسی آسان و پروگرام کردن مطلوب و جوابگوی این IC ها و همچنین پشتیبانی از LCD های گرافیکیی مورد نیاز در این پروژه ما را برآن داشته است که این میکروها را به سری میکروهای PIC ترجیح دهیم .

2-4- سیستم نمایشگر : در الکترونیک برای نمایش داده ها به کاربر از قطعات متفاوتی از LED ها و 7SEGMENT ها گرفته تا مانیتورهای پیشرفته دیجیتال استفاده می شود در پروژه هایی در این سطح اغلب LCD های کاراکتری که قابلیت نمایش حروف و ارقام را دارند استعمال می گردد سیستم نمایشگر به کار گرفته شده دراین پروژه LCD گرافیکی 64*128 پیکسل می باشد که علاوه بر کاراکترها قابلیت نمایش اشکال دلخواه را نیز دارا بوده و اطلاعات را به صورت پویا در اختیار کاربر قرار می دهد لازم به ذکر است برای این منظور باید از سری LCD های 12864D استفاده شود چرا که نظر به میکرو AVR استفاده شده LCD های 12864A قابلیت راه اندازی مستقیم با این میکروکنترلرها را ندارند مشخصات کامل این سیستم نمایشگر که تحت نام WG12864D-yyH-YYh-VZ در بخش ضمائم آورده شده است .

در فصلهای بعدی به شرح تفضیلی بخشهای مختلف مدار خواهیم پرداخت.

فصل سوم : سنسورهای مافوق صوت 3-1- اثر پیزوالکتریک : در برخی از مواد بلورین چنانچه ولتاژی به سطح بلور اعمال شود بلور دچار تغییر بعد می گردد و به عکس اگر بلوری در معرض فشار مکانیکی قرار گیرد میدانی الکتریکی در آن به وجود می آید که ولتاژ تولید شده توسط آن متناسب با فشار خواهد بود این پدیده در سال 1880 میلادی توسط برادران کوری کشف گردید و به سبب تعامل همگام فشار و پدیدار شدن الکتریسیته اثر "پیزوالکتریک " نامیده شد همچنین مشاهده شد