پروژه شبیه سازی موانع عقب خودرو با استفاده از 4 سنسور مافوق صوت چکیده : 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 دو موج 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. فهرست مطالب عنوان                                                                                                            صفحه فصل اول: مقدمه................................. 1

• ماهیت امواج صوتی و مافوق صوت ......................... 2
• کاربردهای امواج مافوق صوت ......................... 4

فصل دوم : بلوک دیاگرام کلی پروژه 2-1- مدار فرستنده .................... 12 2-2- مدار گیرنده ..................... 12 2-3- بخش کنترل ....................... 13 2-4- سیستم نمایشگر ................... 13 فصل سوم : سنسورهای مافوق صوت 3-1- اثر پیزوالکتریک ................. 16 3-2- ترانسدیوسرهای مافوق صوت و مشخصات 400ST/R160 17 فصل چهارم : فرستنده مافوق صوت 4-1- نوسان ساز ....................... 22 4-2- مدار بافر ....................... 31 4-3- مدار کلید زنی (سوئیچینگ ترانزیستوری )  35 4-4- رله آنالوگ – دیجیتال ............ 40 4-5- طراحی مدار بهینه برای فرستنده ... 42 فصل پنجم : گیرنده مافوق صوت 5-1- تقویت کننده طبقه اول ............ 46 5-2- فیلتر(میانگذر) با فرکانس مرکزی 40KHZ   47 5-3- تقویت کننده طبقه دوم ............ 49 5-4- مدار تولید پالس منطقی (اشمیت تریگر )   50 فصل ششم: بخش کنترل 6-1- خصوصیات میکروکنترلر ATMEGA32 .... 54 6-2- ورودی – خروجی ................... 57 6-3- منابع کلاک ....................... 58 6-4- بررسی پورتهای میکروکنترلر ATMEGA32 61 6-5- برنامه نویسی میکروکنترلر ATMEGA32 68 فصل هفتم: سیستم نمایشگر 7-1- معرفی پین های LCD گرافیکی ....... 74   فصل هشتم : طراحی سیستم های نمایشگر فضای عقب خودرو 8-1- نمایشگر فضای عقب خودرو .......... 79 8-2- برنامه نهایی میکروکنترلر ........ 84 فصل نهم : نتیجه گیری و پیشنهادات نتیجه گیری و پیشنهادات ............... 92 منابع و مآخذ ......................... 93