Sistema para medição de distâncias horizontais na água utilizando transdutor ultrassônico
This work describes the development of a prototype of a sensor that can be embedded into an amphibious UAV (Unmanned Aerial Vehicle) to detect obstacles that can damage the UAV in case of collision. The system consists on an implementation of an excitation circuit, which sends 40 kHz pulses generate...
| Autor principal: | Gonçalves, William Emmert |
|---|---|
| Formato: | Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2020
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/15806 |
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riut-1-158062020-11-19T13:07:56Z Sistema para medição de distâncias horizontais na água utilizando transdutor ultrassônico In-water horizontal distance measurement system using ultrasonic transducer Gonçalves, William Emmert Coutinho, Fábio Rizental Boni, Djones Aldivo Oliveira, Alberto Vinicius de Coutinho, Fábio Rizental Ultrassom Distâncias - Medição Transdutores ultrassônicos Ultrasonics Distances - Measurement Ultrasonic transducers CNPQ::ENGENHARIAS This work describes the development of a prototype of a sensor that can be embedded into an amphibious UAV (Unmanned Aerial Vehicle) to detect obstacles that can damage the UAV in case of collision. The system consists on an implementation of an excitation circuit, which sends 40 kHz pulses generated by the FPGA Basys 3 converted from low amplitude to high amplitude voltage, using a transformer with variable inductance for transducer coupling. For the treatment of the echo signal, an acquisition circuit was developed. This circuit is protected against high voltage by an T/R Switch which shown 0,195 dB of attenuation loss. The T/R Switch serves as a coupling between the transducer and the amplifier circuit. The amplification circuit is comprised by two amplification stages. The second stage has a variable gain controlled by the FPGA, allowing a gain range from 22 dB to 37 dB. Between the amplification stages a pass-band RLC filter was implemented with a 3 dB bandwidth of 3,33 kHz, improving the circuit selectivity. The amplified signal pass through a peak detector and then through an analogic comparator, which will indicate to the FPGA if an echo was received or not. The data was transmitted to the computes using a serial communication, and the software developed in Visual Studio calculates the distance using the received value, presenting the results graphically. In laboratory tests, the system presented measurement error of ± 3cm, which is small for a maximum distance of 15 m. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um protótipo de um sensor que pode ser embarcado em um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) anfíbio para detecção de obstáculos que possam danificar o VANT caso haja colisão. O sistema consiste na implementação de um circuito de excitação, o qual envia pulsos de 40 kHz gerados pela FPGA Basys 3 convertidos de baixa amplitude para alta amplitude, utilizando um transformador com indutância ajustável para acoplamento do transdutor. Para o tratamento do sinal de eco, foi desenvolvido um circuito de aquisição protegido contra alta tensão por um T/R Switch com -0,195 dB de perdas, servindo como acoplamento entre o transdutor e o circuito amplificador. A amplificação é composta por duas etapas, sendo a primeira com ganho fixo e a segunda com ganho variável controlado pela FPGA, permitindo variar o ganho de 22 dB a 37 dB. Entre as etapas de amplificação foi implementado um filtro passa-faixa RLC com largura de banda de 3 dB de 3,33 kHz, melhorando a seletividade do circuito. O sinal amplificado passa por um detector de pico e então por um comparador analógico, que indicará à FPGA quando um eco foi recebido ou não. Os dados foram transmitidos ao computador utilizando uma comunicação serial, e o software desenvolvido em Visual Studio realiza o cálculo da distância com base no valor recebido, apresentando o resultado graficamente. Em testes realizados em laboratório, o sistema apresentou erros de medida de ± 3 cm, sendo pequeno para uma distância máxima de 15 m. 2020-11-19T13:07:56Z 2020-11-19T13:07:56Z 2019-06-28 bachelorThesis GONÇALVES, William Emmert. Sistema para medição de distâncias horizontais na água utilizando transdutor ultrassônico. 2019. 67 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/15806 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Toledo Brasil Curso de Engenharia Eletrônica UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Ultrassom Distâncias - Medição Transdutores ultrassônicos Ultrasonics Distances - Measurement Ultrasonic transducers CNPQ::ENGENHARIAS |
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Ultrassom Distâncias - Medição Transdutores ultrassônicos Ultrasonics Distances - Measurement Ultrasonic transducers CNPQ::ENGENHARIAS Gonçalves, William Emmert Sistema para medição de distâncias horizontais na água utilizando transdutor ultrassônico |
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This work describes the development of a prototype of a sensor that can be embedded into an amphibious UAV (Unmanned Aerial Vehicle) to detect obstacles that can damage the UAV in case of collision. The system consists on an implementation of an excitation circuit, which sends 40 kHz pulses generated by the FPGA Basys 3 converted from low amplitude to high amplitude voltage, using a transformer with variable inductance for transducer coupling. For the treatment of the echo signal, an acquisition circuit was developed. This circuit is protected against high voltage by an T/R Switch which shown 0,195 dB of attenuation loss. The T/R Switch serves as a coupling between the transducer and the amplifier circuit. The amplification circuit is comprised by two amplification stages. The second stage has a variable gain controlled by the FPGA, allowing a gain range from 22 dB to 37 dB. Between the amplification stages a pass-band RLC filter was implemented with a 3 dB bandwidth of 3,33 kHz, improving the circuit selectivity. The amplified signal pass through a peak detector and then through an analogic comparator, which will indicate to the FPGA if an echo was received or not. The data was transmitted to the computes using a serial communication, and the software developed in Visual Studio calculates the distance using the received value, presenting the results graphically. In laboratory tests, the system presented measurement error of ± 3cm, which is small for a maximum distance of 15 m. |
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GONÇALVES, William Emmert. Sistema para medição de distâncias horizontais na água utilizando transdutor ultrassônico. 2019. 67 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2019. |
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