Medindo Distâncias com Ultrasom (US)

MOR_AL · 31 de julho de 2014

Este tópico visa a medição de distância, utilizando-se o ultrasom (US).

O ultrasom percorre o ar em determinada velocidade. Esta velocidade não é fixa, ela varia com a temperatura do ar ambiente. A expressão resultante não é linear. Ela foi inicialmente aproximada pela raiz de uma razão. Esta aproximação é aceitável dentro de limites. Estes limites se encontram fora das temperaturas ambientes normais. Ainda considerando-se essa não linearidade, a expressão anterior, com raiz de razão, foi aproximada por uma equação linear. Tal equação é mais apropriada para sua utilização em microcontroladores (uC).

O uso desta equação em microcontroladores (uC) exige que se utilize variáveis do tipo ponto flutuante (PF). Operações com PF exigem muito mais memória do que operações com variáveis inteiras. O trabalho a seguir contém um pouco de teoria, com o objetivo de se chegar à expressão da distância percorrida pela onda de US.

A expressão da distância (h) obtida é função da velocidade da onda de US, em m/s, da temperatura ambiente (Ta), em ºC e do período, em s, que a onda de US percorreu o trajeto (para ir e retornar).

Como o sensor mais comum utilizado possui limitação da energia aplicada à onda de US, o percurso prático utilizável é limitado. Então seria mais interessante se utilizar o centímetro (cm) como unidade de distância. Para esta limitação, ocorre que o período do percurso da onda fica bem reduzido, a ponto de ser mais interessante usar o submúltiplo de micro segundos (us) para a medida deste percurso. Procedendo-se assim, podem-se utilizar variáveis inteiras com 32 bits para o cálculo da distância (h), reduzindo tanto o tempo com a operação, como a quantidade de memória necessária.

Indo um pouco mais além, caso o resultado da expressão tenha a finalidade de ser apresentada a um mostrador, pode-se re-escalar a expressão, para que ela possa ser calculada com apenas variáveis e constantes inteiras com 16 bits.

A dedução, com maiores detalhes, se encontra no arquivo a seguir.

http://www.4shared.com/download/uAMlyQnCce/US_Equao_Distncia.jpg?lgfp=3000

Como esta dedução foi realizada em pouco tempo, ela ainda não foi verificada. Caso alguém a utilize, solicito que apresente seus comentários, no sentido de obter a confirmação do material apresentado.

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