1-1- ماهيت امواج صوتي و مافوق صوت : وقتي جسمي در محيط مادي مرتعش مي شود منجر به ارتعاش محيط اطراف خود مي گردد اگر در يک محيط يک آشفتگي ايجاد کنيم اين آشفتگي ، ذره به ذره در محيط جابه جا شده و پيش مي رود اين پديده فيزيکي ما را به تعريف اوليه موج رهنمون مي شود: "انتشار آشفتگي در محيط را موج مي ناميم." دسته اي از امواج براي انتشار به محيط مادي نياز ندارند ."موجهاي الکترومغناطيس" که به لحاظ ماهيت از دو موج الکتريکي و مغناطيسي متعامد تشکيل مي گردند از اين دسته اند نور عمده ترين عضو مجموعه امواج الکترومغناطيس محسوب مي شود. دسته ديگري از امواج که براي انتشار به محيط مادي نياز دارند "امواج مکانيکي" ناميده مي شوند برحسب راستاي جابه جايي اجزاي محيط ، امواج به دو دسته تقسيم مي شوند چنانچه اين جابه جايي در امتداد راستاي انتشار باشد موج را "موج طولي " و اگر جابه جايي عمود بر راستاي انتشار باشد موج را "موج عرضي" مي خوانند. صوت نتيجه حاصل از ارتعاش مکانيکي در محيط مادي است در اثر ارتعاش يک جسم مرتعش هواي اطراف آن نيز به ارتعاش در مي آيد اين موجها در هوا منتشر شده و انرژي مکانيکي را منتقل مي کند. شكل 1-1: نمايش انتشار امواج صوتي در صورتي که اين امواج در محدوده فرکانسي Hz20 تا KHz20 قرار گيرد براي گوش انسان قابل تشخيص خواهند بود به اين گستره "محدوده شنوايي" انسان گفته مي شود. موج هاي با فرکانس پائين تر از Hz20 "امواج فروصوتي" يا "مادون صوت" و موج هاي با فرکانس بيش از KHz20 را "امواج فراصوتي" يا "مافوق صوت" نامگذاري شده اند بديهي است اين امواج قابل شنيدن نيستند. در کاربردهاي عملي براي امواج مافوق صوت فرکانس استانداري در نظر گرفته مي شود که در اين فرکانس کار کردن با اين امواج بهينه خواهد بود در اغلب فرستنده ها و گيرنده هاي آلتراسونيک اين فرکانس برابر KHz40 در نظر گرفته شده است که به طبع آن فرکانس مرکزي متصل به اين گونه حسگرهاي مافوق صوت برابر KHz40 خواهد بود که در اين باره در فصول آتي توضيح داده مي شود.
شكل 1-2- نمايش محدوده فركانسي امواج مافوق صوت امواج مافوق صوت به علت ويژگي هاي مناسب و منحصر به فرد خود مانند خاصيت انتشار خوب انعکاس پس از برخورد با مانع ، غيرقابل حس بودن به وسيله شنوايي ، خاصيت نفوذ در اجسام به علت طول موج کوتاه و . کاربردهايي بسيار زيادي در زمينه هاي گوناگون از جمله صنعت ، پزشکي ، هوافضا، راهنمايي رانندگي ، تسهيلات نظامي و . پيدا کرده اند در ذيل به اختصار برخي از کاربردهاي اين امواج آمده است . 1-2- کاربردهاي امواج مافوق صوت : الف- ارتفاع سنج ها: يکي از بهترين روشها براي اندازه گيري ارتفاع مايعات داخل مخازن استفاده از امواج آلتراسونيک است دقت و کارآيي بالاي به کارگيري اين شيوه در اندازه گيري سطح مايعات باعث شده است که ارتفاع سنج هاي مافوق صوت در صنعت کاربرد روزافزوني بيابند علت استفاده از اين امواج در اندازه گيري عمق مايعات آن است که امواج مافوق صوت کمترين ضريب شکست در مايعات را دارا هستند.
شكل 1-3: ارتفاع سنجي مافوق صوت معمولاًموج فرستاده شده در راستاي عمود به سطح مايع برخورد کرده و باز مي گردد و ارتفاع مايع با درصد خطاي کمي محاسبه مي شود. اساس اين کار به اين ترتيب است که فرستنده اي موج را به داخل مخزن ارسال مي کند و گيرنده موج برگشتي را دريافت کرده و در اين بازه زماني (ارسال تا دريافت) يک شمارنده فعال شده و از آنجا که سرعت اين امواج در مايعات مختلف قبلاً اندازه گيري شده و در اختيار ماست با داشتن پارامتر سرعت و نصف زمان رفت و برگشت عمق مايع با دقت قابل قبولي بدست مي آيد. ب- تست سلامت اجسام : از آنجا که نشان داده شده است که امواج مافوق صوت به شکل امواج مکانيکي با تغييرات فرکانسي خيلي بالا غالباً در ساختمان فيزيکي و شيميايي مواد تغيير حاصل نمي کند مي توان آن را به داخل ماده تست شوند.(به عنوان مثال بدنه کشتي يا هواپيما و .) فرستاد و از سلامت جسم در مقابل ترک ، خورده شدگي و تغيير شکل اطمينان حاصل نمود. پ- فاصله سنج ها : يکي از مهمترين کاربردهاي امواج مافوق صوت اندازه گيري فاصله در نقشه برداري و مهندسي عمران مي باشد دوربين نقشه برداري جديد با خاصيت آلتراسونيک کار کرده و حتي دقت آنها به cm نيز مي رسد نمايش فاصله در اين دوربين ها با امکانات جانبي و به صورت ديجيتال انجام مي شود اساس فاصله سنجي مافوق صوت بر خاصيت انعکاس امواج آلتراسونيک در اثر برخورد با مانع و اندازه گيري نصف زمان رفت و برگشت است که در تقسيم سرعت انتشار موج در فضا بر اين مدت زمان مي توان فاصله تا مانع را محاسبه کرد. اندازه گيري اين زمان به روشهاي گوناگون و با استفاده از شمارنده ها ، تايمرها و يا ميکروکنترلر ها در صورتي که سيستم داراي امکانات جانبي بيشتر و پيچيده تري باشد انجام مي شود. شكل 1-4: فاصله سنجي مافوق صوت پروژه حاضر نيز براساس تکنولوژي فاصله سنجي آلتراسونيک پي ريزي گرديده است. ت – تراکم سنج ها : با توجه به اينکه سرعت انتشار امواج مافوق صوت در مواد گوناگوني با تراکم هاي مختلف متغير است مي توان از اين امواج به عنوان تراکم سنج استفاده نمود. تکنيک کار به اين صورت است که در يک طرف فرستنده آلتراسونيک را قرار داده و در طرف ديگر گيرنده را تعبيه مي کنيم و مدت زمان ارسال و دريافت موج را اندازه گيري کرده با توجه به طول جسمي که موج در آن حرکت کرده سرعت موج که معيار مناسبي براي تشخيص تراکم ماده است بدست مي آيد. شكل 1-5: تراكم سنجي مافوق صوت ث- اندازه گيري سرعت سيال و دبي سنج ها با استفاده از خاصيت انتشار امواج مافوق صوت در ميان سيالات واندازه گيري مدت زمان انتشار در يک فاصله مشخص در جهت حرکت سيال و در خلاف جهت حرکت آن و با توجه به متناسب بودن اختلاف اين دو زمان با سرعت سيال مي توان سرعت و دبي سيال را محاسبه کرد. فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول: مقدمه. 1
فصل دوم : بلوک دياگرام کلي پروژه 2-1- مدار فرستنده 12 2-2- مدار گيرنده . 12 2-3- بخش کنترل . 13 2-4- سيستم نمايشگر . 13 فصل سوم : سنسورهاي مافوق صوت 3-1- اثر پيزوالکتريک . 16 3-2- ترانسديوسرهاي 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 کليد زني (سوئيچينگ ترانزيستوري ) 35 4-4- رله آنالوگ – ديجيتال 40 4-5- طراحي مدار بهينه براي فرستنده . 42 فصل پنجم : گيرنده مافوق صوت 5-1- تقويت کننده طبقه اول 46 5-2- (ميانگذر) با فرکانس مرکزي 40KHZ 47 5-3- تقويت کننده طبقه دوم 49 5-4- مدار توليد پالس منطقي (اشميت تريگر ) 50 فصل ششم: بخش کنترل 6-1- خصوصيات ميکروکنترلر ATMEGA32 54 6-2- ورودي – خروجي . 57 6-3- منابع کلاک . 58 6-4- بررسي پورتهاي ميکروکنترلر ATMEGA32 61 6-5- برنامه نويسي ميکروکنترلر ATMEGA32 68 فصل هفتم: سيستم نمايشگر 7-1- معرفي پين هاي LCD گرافيکي . 74 فصل هشتم : طراحي سيستم هاي نمايشگر فضاي عقب خودرو 8-1- نمايشگر فضاي عقب خودرو 79 8-2- برنامه نهايي ميکروکنترلر 84 فصل نهم : نتيجه گيري و پيشنهادات نتيجه گيري و پيشنهادات . 92 منابع و مآخذ . 93
- ماهيت امواج صوتي و مافوق صوت . 2
- کاربردهاي امواج مافوق صوت . 4
فصل دوم : بلوک دياگرام کلي پروژه 2-1- مدار فرستنده 12 2-2- مدار گيرنده . 12 2-3- بخش کنترل . 13 2-4- سيستم نمايشگر . 13 فصل سوم : سنسورهاي مافوق صوت 3-1- اثر پيزوالکتريک . 16 3-2- ترانسديوسرهاي 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 کليد زني (سوئيچينگ ترانزيستوري ) 35 4-4- رله آنالوگ – ديجيتال 40 4-5- طراحي مدار بهينه براي فرستنده . 42 فصل پنجم : گيرنده مافوق صوت 5-1- تقويت کننده طبقه اول 46 5-2- (ميانگذر) با فرکانس مرکزي 40KHZ 47 5-3- تقويت کننده طبقه دوم 49 5-4- مدار توليد پالس منطقي (اشميت تريگر ) 50 فصل ششم: بخش کنترل 6-1- خصوصيات ميکروکنترلر ATMEGA32 54 6-2- ورودي – خروجي . 57 6-3- منابع کلاک . 58 6-4- بررسي پورتهاي ميکروکنترلر ATMEGA32 61 6-5- برنامه نويسي ميکروکنترلر ATMEGA32 68 فصل هفتم: سيستم نمايشگر 7-1- معرفي پين هاي LCD گرافيکي . 74 فصل هشتم : طراحي سيستم هاي نمايشگر فضاي عقب خودرو 8-1- نمايشگر فضاي عقب خودرو 79 8-2- برنامه نهايي ميکروکنترلر 84 فصل نهم : نتيجه گيري و پيشنهادات نتيجه گيري و پيشنهادات . 92 منابع و مآخذ . 93
مي ,امواج ,صوت ,مافوق ,موج ,گيري ,مافوق صوت ,امواج مافوق ,مي شود ,اندازه گيري ,است که ,انتشار امواج مافوق ,کاربردهاي امواج مافوق