Por que a onda sonora é a melhor escolha para muitos detectores de localização?

Atualmente, estou trabalhando no meu projeto final do ensino médio, que é basicamente um Radar :) ...

Estou usando o detector SRF05 para detectar objetos que estão perto da superfície do dispositivo. Minha tarefa atual é aprender e resumir todos os diferentes componentes que serão montados no final. (UART, MAX232 74HC244 etc, se você quiser saber :)

Meu professor me disse que quanto mais eu souber sobre esses componentes, melhor farei no meu trabalho e nos exames. Então, eis a minha pergunta: por que as ondas sonoras são a melhor escolha para o SRF05? Além disso, por que os UltraSonic? Quais são os benefícios de usar ondas sonoras, mas não ondas de luz invisíveis, calor ou qualquer outro meio que possa fazer o trabalho? A luz, por exemplo, viaja muito mais rápido, criando assim um resultado melhor e provavelmente será mais eficaz que o som.

Basicamente, o som é lento.

Usando o som, você pode calcular com facilidade o tempo que uma onda leva para viajar até o objeto e refletir sobre ele, proporcionando uma distância bastante precisa. A luz passa muito rápido para isso, a menos que você esteja procurando medir a distância da lua, digamos.

E por que ultra-som? Então você não pode ano. Imagine como seria chato se você fosse forçado a ouvir isso o tempo todo? BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEEE .... eeEEEeeEEEP

Há alguma análise em /electronics//a/130095/9006 em resposta a uma pergunta sobre como encontrar a posição de um objeto.

A luz, o rádio e a radiação de calor são todos radiação eletromagnética e viajam muito, muito rapidamente. Não é automaticamente verdade que eles fornecem um resultado melhor apenas porque são mais rápidos.

A radiação eletromagnética viaja 1.000.000 vezes mais rápido que o som. Portanto, é muito mais fácil fazer algo que possa medir o tempo que leva para o som percorrer alguns metros do que para a luz. O som viaja a aproximadamente 0,34 metros por milissegundo. Seus ouvidos e cérebro são bons o suficiente para detectar o tempo de vôo em uma sala com cerca de 30 metros ou mais.

Um componente eletrônico para medir a distância usando o tempo de voo do som é de baixo custo. Para obter 0,34 m ou 34 cm, ele precisa trabalhar em um milissegundo (0,001 segundo). O que é sloooooow para qualquer tipo de computador, embora também seja muito mais rápido que uma pessoa. É relativamente simples obter 10 vezes melhor, 3,4 cm, ou seja, 0,1 milissegundos. Para o ultrassom, a 38kHz, esses 0,1 milissegundos são quase 4 ciclos inteiros, o que está dentro dos recursos de eletrônica de baixo custo para medir. Medir 34 cm com 10% de precisão é compreensível e factível.

Medir o tempo de voo de 30 cm com luz seria muito mais difícil. A luz levaria 1.000.000 menos tempo, ou 0.000.000.001 segundos, ou 1 nanossegundo. Medir com precisão de 3 cm seria 0,1 nanossegundo, aproximadamente três vezes mais rápido que um ciclo do microprocessador Intel mais rápido. Portanto, seria muito mais difícil fazer essa medição de 30 cm e ainda mais difícil obter 10% de precisão usando o tempo de voo. Isso pode ser feito, mas não tão barato e fácil quanto o som. Normalmente, não usa tempo de voo, mas uma propriedade diferente de uma onda de luz.

Nota lateral (editar):
Se você deseja mais precisão do que 3,4 cm com som (não luz), como você pode fazer isso? O que torna mais difícil obter muito mais precisão com o SRF05? Pense sobre isso e você pode entender o que os limites impostos pelo SRF05 escolhido impõem e, portanto, obter uma melhor compreensão do sistema.

O animal mais conhecido que usa ultrassom são os morcegos. Eles o usam para medir alcance e posição usando o tempo de voo e dois ouvidos para encontrar informações de direção. Portanto, parte dos sistemas biológicos dos morcegos é capaz de usar o tempo de voo do som suficientemente bem para capturar 'comida' (mariposas e outros insetos) enquanto estiver voando. Isso é muito impressionante. Se você quiser entender mais sobre como o ultra-som pode ser usado, consulte artigos sobre o sistema de localização de eco do bastão . É altamente desenvolvido.

Muitos outros animais emitem ultrassom, por exemplo roedores e alguns insetos. Mas para a maioria, é um mecanismo de comunicação.

Por que não usar lasers? Este é um link tão excelente que acho que merece ser uma resposta: http://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

A página inteira está cheia de informações sobre o assunto. É difícil extrair um parágrafo específico, pois tudo é relevante, mas esta é uma boa visão geral da técnica.

Para uma resolução muito melhor do que seria possível com uma amostragem simples, mantendo um baixo custo, os rangefinders digitais TOF podem combinar um interpolador temporal analógico de precisão com, digamos, um sistema CMOS funcionando a 100 MHz. O circuito analógico para fazer isso está em muitas unidades de produção (para diferentes aplicações) - mas a resolução de 5 ps foi alcançada com componentes de baixo custo e em produção há 15 anos por pelo menos um fabricante. A idéia é interpolar entre os períodos de contagem digital com um conversor preciso de tempo para tensão, que é então amostrado por microcontrolador e combinado com os resultados do contador digital.

Lasers (visíveis ou infravermelhos), RADAR etc. funcionam e podem fornecer uma precisão muito alta - com alto custo e complexidade. Para os lasers, é necessário um bom caminho óptico do laser para o receptor e um design cuidadoso do circuito para permitir o tempo necessário para que os sinais viajem pelo circuito.

A medição de distância bruta, mas barata, pode ser feita com LEDs infravermelhos e fotodiodos simplesmente medindo a quantidade de luz refletida no alvo. É difícil calibrar com precisão e vulnerável à iluminação ambiente, mas se você quiser apenas "próximo" ou "distante", pode ser suficiente. Essa é a técnica usada pela câmera à distância Kinect da Microsoft.

As ondas sonoras são a "melhor" opção para o SRF05, porque você não tem escolha, é um sensor de distância ultrassônico.

Freqüências ultrassônicas são frequentemente usadas para aplicações de medição e diagnóstico pelo motivo de o piso de ruído ser mais baixo em frequências mais altas.

O calor seria extremamente difícil de medir a distância devido à física da difusão térmica.

A luz do laser pode fornecer resultados mais confiáveis ​​e precisos a intervalos maiores e com um custo mais alto, mas deve ser direcionada com precisão.

Um sensor acústico ultrassônico integra a resposta geral do ambiente, permitindo que o pós-processamento das informações faça inferências sobre a distância até mais de um ponto.