Ultrasonic ( SONA )

โซนาร์จัดได้ว่าเป็นเครื่องมือนำร่องที่สำคัญอย่างหนึ่งที่มีการใช้ในการเดินเรือเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการวัดระดับความลึกของท้องทะเล ทำงานโดยการปล่อยคลื่นเสียงความถี่สูงผ่านน้ำลงไปแล้วคอยวัดสัญญาณเสียงที่สะท้อนขึ้นเมื่อกระทบด้านล่างของพื้นน้ำ โดยการใช้เวลาเดินทางของเสียงในน้ำมาช่วยคำนวณหาระดับความลึก โซนาร์ช่วยจอดรถในโครงงานนี้ก็มีหลักการทำงานคล้ายกัน ทำงานโดยการส่งคลื่นเสียงความถี่สูงในย่านอัลตราโซนิกออกไป เวลาของการสะท้อนของเสียงที่กลับมานั้นจะถูกนำมาคำนวณว่าระยะที่วัตถุอยู่นั้นอยู่ใกล้รถเกินไปหรือไม่ หากวัตถุที่ตั้งกีดขวางนั้นเข้ามาใกล้ในระยะที่ไม่ปลอดภัยเครื่องจะส่งเสียงเตือนให้ทราบ โดยระยะตรวจจับนี้สามารถที่จะตั้งให้มีระยะใกล้ไกลตามต้องการได้ตั้งแต่ 30 เซนติเมตร จนถึง 3 เมตร ทำให้การจอดรถนี้จะช่วยเป็นตาแทนในการดูแลระยะห่างระหว่างรถและวัตถุอื่นๆ จะได้ไม่ไปเผลอชนรถคันอื่น หรือชนที่กั้นถนนในที่จอดรถ

นอกจากจะนำไปใช้ช่วยจอดรถแล้ว โครงงานนี้ยังสามารถที่จะนำไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆ ได้อีก เช่น ใช้เป็นเครื่องนำทางแก่คนตาบอด ช่วยบอกว่ามีวัตถุกีดขวางอยู่ข้างหน้าในระยะที่ไม่ปลอดภัย หรือจะนำไปใช้เป็นตาในหุ่นยนต์เพื่อหลบหลีกสิ่งกีดขวางอยู่ข้างหน้าก็ได้เช่นกัน

หลักการทำงาน

การตรวจระยะนำทางในโครงงานนี้ทำงานโดยใช้อัลตราโซนิกทรานสดิวเซอร์ส่งและรับคลื่นเสียง โดยใช้สมบัติพื้นฐานของเสียงที่มีความเร็วในการเดินทางในอากาศด้วยอัตราเร็วประมาณ 340 เมตรต่อวินาที โดยที่อัตราเร็วของเสียงในอากาศจะแปรตามอุณหภูมิ ตามความสัมพันธ์

v = 331 + 0.6t ……(1)

เมื่อ v เป็นอัตราเร็วเสียงในอากาศ (เมตรต่อวินาที)

t เป็นค่าอุณหภูมิของอากาศในหน่วยเซลเซียส

เมื่อมีวัตถุขวางทางเดินของเสียงจะมีการสะท้อนของเสียงเข้าไปยังตัวรับเสียง เครื่องจะวัดช่วงเวลาที่เสียงเดินทางไปและสะท้อนกลับมา คำนวณเป็นระยะการเดินทางไปและกลับ ซึ่งจะประกอบไปด้วยภาคส่งกำเนิดเฟรมของพัลส์ที่มีจังหวะการส่งคลื่นออกไปอย่างต่อเนื่อง โดยระยะห่างในแต่ละชุดพัลส์ที่ส่งออกไปจะต้องมีระยะห่างเพียงพอ เพื่อไม่ให้เสียงสะท้อนในแต่ละเฟรมที่ต่อเนื่องเกิดการรบกวนกัน

รูปวงจร Ultrasonic ชุดส่ง

รูปวงจร Ultrasonic ตัวรับ

ชุด Ultrasonic เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ตรวจจับสิ่งกีดขวางที่ผ่านเข้ามาในระยะที่กำหนดไว้ โดยจากการทดลองวงจรจะตรวจจับได้ในระยะ 0.5-2 ฟุต ในระยะที่ไม่ทำให้หุ่นยนต์ชนสิ่งกีดขวามได้ ดูจากวงจรจะเป็นการใช้ Ultrasonic จำนวน 2 ชุด เพื่อตรวจวัตถุสิ่งกีดขวางทั้งด้านซ้ายและด้านขวา

จากวงจรชุดส่ง Ultrasonicจะมี IC เบอร์ 4049 เป็น Not Gate เพราะIC เบอร์นี้ภายในมี Not Gate จำนวน 6 ตัว จึงนำมาใช้เป็นชุดส่งสัญญาณ Ultrasonic ด้านซ้ายและด้านขวาอย่างละ 3 ตัวโดยดูจากวงจรเมื่อได้รับ สัญญาณ Clock จาก MCS51 เข้ามาที่ ทรานซิสเตอร์ตัวแรกโดยทรานซิสเตอร์ตัวนี้ทำงานคล้าย Not Gate คือเมื่อได้รับ ไบอัสทำให้ทรานซิสเตอร์ทำงานเมื่อวัดที่ขา Collector เทียบกราวด์จะมี Voltage ตกคร่อมมีค่าเท่ากับ 0 V แต่เมื่อไม่มี ไบอัสให้ทรานซิสเตอร์จะเกิด Voltage ตกคร่อมประมาณ 12 V ต่อมาเป็นชุด Buffer เพื่อช่วยขยายแรงดันและกระแสให้มีความแรงเป็น 2 เท่าดังจะดูได้จากผลการทดลองจะให้สัญญาณ Peak To Peak เท่ากับ +12 V ถีง –12 V เพื่อขับให้ Ultrasonic ตัวส่งทำงานได้

จากวงจรชุดรับ Ultrasonic จะมี IC ในชุดนี้มีแต่ทรานซิสเตอร์ เพื่อทำการขยายสัญญาณที่รับเข้ามา โดยดูที่วงจรเมื่อ Ultrasonic ตัวรับได้รับสัญญาณ 40 KHz ที่ได้สะท้อนจากที่ตัวส่งไปกระทบวัตถุกลับมา ก็จะทำให้ Ultrasonic ตัวรับ มีค่าอิมพีแดนซ์ ( Z ) เปลี่ยนไปจึงทำให้เกิดกระแสมาไบอัสให้ทรานซิสเตอร์โดยตัวทรานซิสเตอร์นี้จะต่อแบบ Common Emitter และทำให้ ทรานซิสเตอร์ ทำงาน โดยจะมีตัวเก็บประจุต่อไว้เป็น ( C-Couping )ไม่ให้ไฟตรงผ่าน โดยมีตัวต้านทานปรับค่าได้ทำหน้าที่ปรับอัตราการขยายของทรานซิสเตอร์โดยทรานซิสเตอร์ตัวนี้จะมีอัตราการขยายสูง ต่อมาจะเป็นภาคที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณให้เป็นระดับแรงดันโดยมี Diode รับแต่สัญญาณครึ่งบวกเข้ามาและผ่านตัวเก็บประจุ เป็น ( C-Filter ) โดยจะทำให้ระดับแรงดันเรียบขึ้นและจะออกเป็น ไฟตรงไป ไบอัสให้ ทรานซิสเตอร์ทำงานและก็จะทำให้ ทรานซิสเตอร์ ชนิด PNP ทำงานจึงไปขับ LED ให้สว่าง

Hosted by www.Geocities.ws