博碩士論文 943207016 詳細資訊




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姓名 林大源(Da-Yuan Lin)  查詢紙本館藏   畢業系所 光機電工程研究所
論文名稱 雙頻式超音波測距系統之最佳化研究
(Optimization Research of Dual-Frequency Ultrasonic Distance Measurement System)
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摘要(中) 本論文研究針對雙頻式超音波測距系統,進行最佳化研究。承襲前代提出的雙頻式演算法,本文將其實際應用於測距系統中,並進行完整的性能分析與實驗。雙頻式超音波測距是由傳統式測距改良而來,傳統式測距的誤差會隨距離拉長而增加。雙頻式測距發送兩個不同的頻率,利用相位差,回推超音波第一個波前,改善傳統式測距的缺點。本論文提出雙頻式測距所需的相關參數最佳化設定,達到最佳的量測結果。
經由實驗之結果,傳統式超音波測距的實際量測,最大誤差達到50.21mm。雙頻式超音波測距在最佳化的設定下,最大誤差改善至7.6mm。第一頻超音波發送後,必須等待4.652ms以上,才可發送第二頻超音波,避免兩者能量耦合。
摘要(英) This paper deals with the research on the optimization of using the dual frequency method of ultrasonic distance measurement system. Following the research of dual frequency method algorithm, this paper implements it on the ultrasonic distance measurement system and performs complete experiments and analysis. The dual frequency method is improved from the traditional measurement method. The measurement error of the traditional method rises with the increase of distance. Dual frequency method uses two ultrasound waves in slightly different frequencies, so we are able to reconstruct the wave front arrival time by utilizing the phase difference. Thus, the flying time of ultrasound is much more accurate. The optimal parameters of dual frequency method are proposed to reach the best result of measurement.
By experimental results, the maximum error of traditional measurement is reach to 50.21mm.Dual frequency method with optimal parameters improve to 7.6mm. After transmitting first frequency of ultrasound, it must await 4.652ms to transmit second frequency of ultrasound. This is to avoid energy coupling.
關鍵字(中) ★ 超音波
★ 距離量測
★ 飛行時間
關鍵字(英) ★ time of flying
★ ultrasound
★ distance measurement
論文目次 論文摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
第一章 序論 1
1.1定位需求 1
1.2 現有超音波測距法討論 1
1.3過去累積的成果 3
1.4本文之貢獻 4
1.5本文架構 4
第二章 超音波測距理論基礎 5
2.1超音波系統特性 5
2.1.1:超音波基本介紹 5
2.1.2:超音波轉能器特性 6
2.1.3:超音波在空氣的傳遞特性 8
2.1.4: 測距系統訊號流程 9
2.1.5:比較器影響: 10
2.2超音波主要誤差來源 12
2.3雙頻演算法 12
第三章 量測平台 16
3.1 量測平台 16
3.1.1 量測平台概觀 16
3.2 參考訊號到達時間記錄器(IRUS-M) 17
3.2.1 IRUS-M之MCU模組 18
3.2.2 IRUS-M之超音波控制晶片 21
3.2.2.1 Pulse Debouncer 21
3.2.2.2 Edge Detector 22
3.2.2.3 IR Sync Detector 22
3.2.2.4 FIFO 23
3.2.2.5 Time Recorder 23
3.2.2.6 Decoder 24
3.2.3:紅外線模組 24
3.2.4:超音波轉能模組 25
3.3訊號產生器(IRUS-S) 26
3.3.1 IRUS-S之MCU模組 27
3.3.2 IRUS-S超音波控制晶片 30
3.4滑動平台 31
3.4.1 馬達驅動器 31
3.4.2 馬達 31
3.4.3 滑動機構 32
3.5 人機介面 33
3.5.1 測距儀控制面版 34
3.5.2 訊號產生器操作及時間記錄器操作面版 36
3.5.3 紅外線模式面版 37
3.5.4 RS232面版 38
第四章 實驗分析 39
4.1各頻率的能量分佈 39
4.2脈波數影響 42
4.2.1子實驗(一)不同頻率 固定距離 不同脈波數 44
4.2.2子實驗(二)固定頻率 不同距離 不同脈波數 47
4.2.3子實驗(三)頻率穩定區段 49
4.3精確度 52
4.3.1傳統式 52
4.3.2雙頻式 54
4.4耦合現象 58
第五章 結論 61
References 63
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[4] 普崴電子公司,網址:http://www.prowave.com.tw/
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[10] Keshab K. Parhi, “VLSI Digital Signal Processing System Design and Implementation” , Wiley-Interscience, 1999.
[11] 孫清華,感測器應用電路的設計與製作,初版。全華,台北市,民81。
[12] Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer, John R. Buck, “Discrete-Time Signal Processing” 2nd, Prentice Hall, 1999.
[13] 三菱電機,網址:http://www.mitsubishielectric.com.tw/
指導教授 江士標(Shyh-Biau Jiang) 審核日期 2007-7-2
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