DIY - PIC：PIC18F4550 超聲波測距 Range Finder 電路實驗 (一百六十八)

DIY - PIC：PIC18F4550 超聲波測距 Range Finder 電路實驗 (一百六十八) ： 

聲音的速度是在單位時間內聲波通過彈性介質中傳播所行走的距離，在 20°C（68°F）乾燥的空氣中，聲音的速度是 343.2米，每秒（1,126英尺/秒）。這是 1236公里每小時（768英里每小時），或在三秒鐘或一公里左右，在五秒鐘內約一英里（1.6公里）。另外每升高攝氏1度，音速就增加 0.606公尺/秒。

在乾燥（0％ 濕度）的空氣中，溫度接近 0℃時，聲音速度的單位為米每秒（米•s-1的），在可以從以下的公式計算出來：

      聲速 = 331.3 + 0.606T (攝氏溫度)
      溫度以攝氏（℃）

聲音的速度，空氣密度，特定的聲阻抗與溫度的關係：

Temperature of air ϑ in °C	Speed of soundc in m/s	Time per 1 m Δ t in ms/m	Density of airρ in kg/m3	Impedance of air Z in N·s/m3
+35	351.96	2.840	1.1455	403.2
+30	349.08	2.864	1.1644	406.5
+25	346.18	2.888	1.1839	409.4
+20	343.26	2.912	1.2041	413.3
+15	340.31	2.937	1.2250	416.9
+10	337.33	2.963	1.2466	420.5
+5	334.33	2.990	1.2690	424.3
0	331.30	3.017	1.2920	428.0
−5	328.24	3.044	1.3163	432.1
−10	325.16	3.073	1.3413	436.1
−15	322.04	3.103	1.3673	440.3
−20	318.89	3.134	1.3943	444.6
−25	315.72	3.165	1.4224	449.1

注意：氣壓p和空氣密度ρ是不一樣的。 

在常規使用和在科學文獻中的聲速 (sound velocity) 作為聲音速度或聲波速度 (acoustic velocity)，不應該混淆聲速c與聲音微粒速度v，它可以是單顆粒子的速度。

Approximate speed of sound in common materials
Medium	Speed of sound        m/s            ft/s
Air, dry at 20°C	343	1 125
Hydrogen at 0°C	1 280	4 200
Water at 15 °C	1 500	4 920
Lead	2 160	7 090
Concrete	3 100	10 200
Wood (soft - along the fibre)	3 800	12 500
Glass	5 500	18 500
Steel	5 800	19 000

Effect of temperature
Temperature	Speed of sound	Density of air	Acoustic impedance
θin °C	c in m·s−1	ρ in kg·m−3	Z in N·s·m−3
+35	351.88	1.1455	403.2
+30	349.02	1.1644	406.5
+25	346.13	1.1839	409.4
+20	343.21	1.2041	413.3
+15	340.27	1.2250	416.9
+10	337.31	1.2466	420.5
+5	334.32	1.2690	424.3
0	331.30	1.2922	428.0
−5	328.25	1.3163	432.1
−10	325.18	1.3413	436.1
−15	322.07	1.3673	440.3
−20	318.94	1.3943	444.6
−25	315.77	1.4224	449.1

在正常大氣條件下，溫度和聲速會隨海拔高度而變化：

Altitude	Temperature	m·s−1	km·h−1	mph	knots
Sea level	15 °C (59 °F)	340	1225	761	661
11,000 m−20,000 m (Cruising altitude of commercial jets, and first supersonic flight)	−57 °C (−70 °F)	295	1062	660	573
29,000 m (Flight of X-43A)	−48 °C (−53 °F)	301	1083	673	585

測試 US-020

測試 US-020的結果：

mm	Count 0	Factor	Count 100	Factor	Count 200	Factor	Count 300	Factor	Count 400	Factor
0			3000	30.0000	5917	29.5850	8835	29.4500	11746	29.3650
10	955	95.5000	3445	31.3182	6198	29.5143	9114	29.4000	12038	29.3610
15	610	40.6667
20	625	31.2500	3603	30.0250	6484	29.4727	9415	29.4219	12318	29.3286
30	870	29.0000	3895	29.9615	6780	29.4783	9703	29.4030	12614	29.3349
40	1131	28.2750	4186	29.9000	7072	29.4667	9995	29.3971	12905	29.3295
50	1684	33.6800	4472	29.8133	7358	29.4320	10294	29.4114	13207	29.3489
60	1968	32.8000	4754	29.7125	7646	29.4077	10572	29.3667	13486	29.3174
70	2125	30.3571	5047	29.6882	7945	29.4259	10861	29.3541	13776	29.3106
80	2804	35.0500	5330	29.6111	8239	29.4250	11164	29.3789	14070	29.3125
90	2836	31.5111	5625	29.6053	8530	29.4138	11334	29.0615	14363	29.3122
	平均	31.4904	平均	29.9635	平均	29.4621	平均	29.3645	平均	29.3321
mm	Count 500	Factor
500	14650	29.3000
600	18000	30.0000
900	26640	29.6000					平均	29.8399
950	27806	29.2695
1000	29467	29.4670
1040	30415	29.2452
1100	32363	29.4209		Use one card as object from 10 - 190mm
1200	34935	29.1125		Use two cards as object from 200 - 600mm
	平均	29.4269		Use floor celing as object from 900 - 1200mm

參考速度：

343.216m/s @20Celsius

342.63m/s   @19Celsius

342.043m/s @18Celsius

實驗的結果， US-020 模塊在 100 – 500mm 的距離，Factor 是比較穩定 (大約 29) ，在近距離時，超聲波的 Factor是比較不穩定，可能是電路需要調校，接收的訊號靈敏度所影響，但需要進一步求證和找出超聲波測距模塊 (US-020) 電路。

相關網址：
Calculation of the Speed of Sound 

2013年1月11日 天氣報告

氣溫：15.4 度 @ 22:10

相對濕度：百分之80%

天氣：大致多雲