8051单片机超声波收发分体量尺（GPS / BDS芯片PPS讯号作为时间同步，同步误差约十...

anthony0424

8051单片机超声波收发分体量尺（GPS / BDS芯片PPS讯号作为时间同步，同步误差约十... [复制链接]

 

超声波收发分体量尺（GPS / BDS芯片PPS讯号作为时间同步，同步误差约十多微秒)

这是我在微博、B站 ( https://www.bilibili.com/video/BV1g54y187NT ) 和blog.csdn.net ( https://blog.csdn.net/garfield0424/article/details/114960031 ) 有发布过的一个自己制作的项目。

 

 ***   欢迎对我这个制作给点意见！！ ***

 

 

超声波收发分体量尺（GPS / BDS芯片PPS讯号作为时间同步，同步误差约十多微秒）

 

用了北斗芯片的PPS输出，来提供超声波量尺发与收仪器两部件的时间同步功能，一般超声波量尺都是依靠超声波从目标物体反射回来的超声波来得到超声波在空气中行走的时间，再乘以超声波在空气中的速度，得出距离，再除以2，便可以知道物体离超声波量尺仪器有多远。但是物体必须能反射足够的超声波能量回仪器，超过超声波接收器的最低能量测量的要求才能测出。北斗芯片的PPS讯号是1Hz，PPS讯号在每一个秒的开始会有一个时间短于一秒的方波讯号产生，所有装置和仪器接收到的这个方波讯号的上升时间位置，将会是极度精准的时间同步。一般能买到的北斗芯片，这个PPS讯号输出，在不同装置和仪器接收到的方波讯号的上升时间位置精度小于100ns，1ns (1纳秒) = 0.000000001 秒。我的超声波量尺的精度不能达到这个量级，主要是由于两个微处理器本身的时脉时间讯号不同步，也因为时脉晶体的频率并不一定准确所导致的。还有一些专门作为时间同步而生产的北斗芯片型号，芯片输出的PPS时间同步精度可以远远优于100ns的量级。

 

一般的超声波测距并不困难，只要买一个收发一体的部件，就可以靠部件发射出超声波和接收到超声波所需的时间，加上超声波在空气中传送的速度来把距离计算出来。上面我这个项目，只需要两个正常的超声波收发一体部件，利用北斗芯片PPS输出作为时间同步，使两个完全相同的收发部件同时进行正常测距激发，两个部件将会同时发出超声波测距讯号，但是它们会先收到对方发射出的超声波讯号，而不是经反射回来的自己的超声波讯号。因此，双方都会测出两者之间的距离，而不是超声波反射后回到自己的两倍大家的距离。一般在家中的北斗卫星讯号非常微弱，所以必须购买一个北斗卫星讯号放大器，接收天线必须安放在室外，把北斗卫星讯号接收放大，再利用放大器的输出天线，在室内发放北斗卫星讯号。另外，北斗芯片PPS输出，必须是在定位成功后的输出，才会是真正的实时北斗PPS讯号，在设置北斗芯片参数时候，必需在定位参数选项选择FIXED。否则北斗芯片在一些时间，可能会因为收不到实时的北斗卫星讯号，而输出一些估算得来的PPS讯号，这个时候北斗芯片输出的PPS讯号在不同装置和仪器接收到的时间误差便会远远超过100ns。

系统运作原理图如下。T transmit (收發一體超聲波部件 [發送角色] 測距啓動時間) = T receiver timer (收發一體超聲波部件 [接收角色] 測距啓動時間)
 

我这个超声波量尺的两个超声波收发一体元件的距离计算结果，可以确定是收到对方发出的超声波讯号后而得出的距离计算结果。因为有GPS/BDS PPS讯号和没有讯号，这两个元件会得出不相同的距离计算结果。如果在正常运行的过程中，在收发两个部件中间放一磈实心的板，再左右移动，两边距离计算结果和超声波从这一磈实心的板反射后，回到各自元件的去来路程应该得到的测量距离完全吻合，这个情况下两个部件得到的距离数值相加的结果除以２，会大约等于没有在中间放一磈实心的板的正常距离的显示数值。
 

 

 

 

freebsder

楼主厉害了

okhxyyo

厉害了~~赞赞赞

dcexpert

看着不错，实际效果如何？精度可以达到多少？

qwqwqw2088

用两个正常的超声波收发一体部件，测试距离能有多远呢

另外，测试精度与一个收发部件相比有什么优势

anthony0424

qwqwqw2088 发表于 2021-3-26 15:26 用两个正常的超声波收发一体部件，测试距离能有多远呢 另外，测试精度与一个收发部件相比有什么优势

这是个平价的超声波收发一体测距部件，所以测距精度不高，有一些精度高的超声波收发一体测距部件（价格在RMB100以上）可以做比较远的测距工作，同时保持精度在1mm左右。我用过这个平价零件曾经测量过两米多的距离，精度仍然可以。其实，这个制作的重点在于廉价。因为不需要经过反射回来才能测距，所以如收发一体部件本身能测到4.5m距离，那么理论上我这个制作便能测到9m距离。这个测距制作的优势在于可以测量任何两点距离，而无需要有能反射超声波的大面积物体。

Jacktang

如北斗信号不好的地方PPS讯号就跟着差

误差便会远远超过100ns吧

 

qwqwqw2088

anthony0424 发表于 2021-3-26 15:57 这是个平价的超声波收发一体测距部件，所以测距精度不高，有一些精度高的超声波收发一体测距部件（价格在 ...

对，精度可以，这个测量任何两点距离优势比较大的

使用价值大，改良优化一下整个产品，卖点

littleshrimp

使用卫星同步时间和使用一对射频模块同步哪个更有优势？

anthony0424

Jacktang 发表于 2021-3-26 16:02 如北斗信号不好的地方PPS讯号就跟着差 误差便会远远超过100ns吧  

因为选择了定位成功后才会输出PPS的定位模式，所以芯片如能输出PPS讯号，那么就是可靠的PPS讯号。如不能收到北斗讯号，在定位选择“ FIXED”选项的 情况下，PPS讯号是会停止输出，测量数据输出也会停止。所以，这个制作是不会输出不可靠的测量数据。另外，有一些电子仪器是可以把GPS / BDS卫星讯号录下，然后在任何地点任何时间都可以重播，我这个制作应该可以利用卫星讯的重播正常工作。因为我这个制作只与时间有关，所以 录下的卫星讯号定位基本上一定出错，但是PPS输出应该没有任何影响，因为PPS讯号只是和秒与秒之间的时间间隔有关系。

anthony0424

littleshrimp 发表于 2021-3-26 16:19 使用卫星同步时间和使用一对射频模块同步哪个更有优势？

卫星同步时间比一对射频模块优会大很多，因为如很多人在相同地点一起使用相同的产品，因为卫星讯号是公众讯号，所以就算附近有上百上千相同产品同时在使用，也不会有产品发出讯号互相 干扰的问题。

littleshrimp

anthony0424 发表于 2021-3-26 16:28 卫星同步时间比一对射频模块优会大很多，因为如很多人在相同地点一起使用相同的产品，因为卫星讯号是公众 ...

确实，那如果在人少卫星信号又不好的地方1对1射频是不是也有它的优势？

MianQi

这个是演示视频，还需要原理介绍、实验过程、注意事项、实物照、原理图、接线图、示例代码、注意事项、和物料清单、错误分析，以便感兴趣的人能够复现你说的效果，这才算是做成了一个项目。