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《基于超聲波傳感器的測距系統(tǒng)設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、獲取更多權威電子資料請登陸www.eepw.com.cn基于超聲波傳感器的測距系統(tǒng)設計安全避障是移動機器人研究的一個基本問題。障礙物與機器人之間距離的獲得是研究安全避障的前提，超聲波傳感器以其信息處理簡單、價格低廉、硬件容易實現等優(yōu)點，被廣泛用作測距傳感器。本超聲波測距系統(tǒng)選用了SensComp公司生產的Polaroid6500系列超聲波距離模塊和600系列傳感器，微處理器采用了ATMEL公司的AT89C51。本文對此超聲波測距系統(tǒng)進行了詳細的分析與介紹。1、超聲波傳感器及其測距原理超聲波是指頻率高于20KHz的機械波[1]。為了以超聲波作為檢測手段，必須產
2、生超生波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應[1]的原理將電能和超聲波相互轉化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉換成電信號。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（timeofflight）[2]。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離，即1、硬件電路設計我們設計的超聲波測距系統(tǒng)由Polar
3、oid600系列傳感器、Polaroid6500系列超聲波距離模塊和AT89C51單片機構成。2.1Polaroid600系列傳感器此超聲波傳感器是集發(fā)送與接收一體的一種傳感器。傳感器里面有一個圓形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一層金屬薄膜，在其背面有一個鋁制的后板。薄片和后板第1頁共6頁獲取更多權威電子資料請登陸www.eepw.com.cn構成了一個電容器，當給薄片加上頻率為49.4kHz、電壓為300VACpk-pk的方波電壓時，薄片以同樣的頻率震動，從而產生頻率為49.4kHz的超聲波。當接收回波時，Polaroid6500內有一個調諧電路，
4、使得只有頻率接近49.4kHz的信號才能被接收，而其它頻率的信號則被過濾。Polaroid600超聲傳感器發(fā)送的超聲波具有角度為30度的波束角[3]，如圖1所示：圖1波束角超聲波傳感器既可以作為發(fā)射器又可以作為接收器，傳感器用一段時間發(fā)射一串超聲波束，只有待發(fā)送結束后才能啟動接收，設發(fā)送波束的時間為D，則在D時間內從物體反射回的信號就無法捕捉；另外，超聲波傳感器有一定的慣性，發(fā)送結束后還留有一定的余振，這種余振經換能器同樣產生電壓信號，擾亂了系統(tǒng)捕捉返回信號的工作。因此，在余振未消失以前，還不能啟動系統(tǒng)進行回波接收，以上兩個原因造成了超聲傳感器具有測量一定的
5、測量范圍。此超聲波最近可以測量37cm。nbsp;2.2Polaroid6500系列超聲波距離模塊Polaroid6500系列超聲波距離模塊的硬件電路如圖2所示：第2頁共6頁獲取更多權威電子資料請登陸www.eepw.com.cn圖2Polaroid6500系列超聲波距離模塊的硬件電路TL851是一個經濟的數字12步測距控制集成電路。內部有一個420KHz的陶瓷晶振，6500系列超聲波距離模塊開始工作時，在發(fā)送的前16個周期，陶瓷晶振被8.5分頻，形成49.4KHz的超聲波信號，然后通過三極管Q1和變壓器T1輸送至超聲波傳感器。發(fā)送之后陶瓷晶振被4.5分頻，
6、以供單片機定時用。TL852是專門為接收超聲波而設計的芯片。因為返回的超聲波信號比較微弱，需要進行放大才能被單片機接收，TL852主要提供了放大電路，當TL852接收到4個脈沖信號時，就通過REC給TL851發(fā)送高電平表明超聲波已經接收。2.3AT89C51單片機本系統(tǒng)采用AT89C51來實現對Polaroid600系列傳感器和Polaroid6500系列超聲波距離模塊的控制。單片機通過P1.0引腳經反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機不停的檢測INT0引腳，當INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就認為超聲波已經返回。計數器所計的數據就是超聲波所經歷的時間
7、，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。超聲波測距的硬件示意圖如圖3所示：第3頁共6頁獲取更多權威電子資料請登陸www.eepw.com.cn圖3超聲波測距的硬件示意圖3、系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示：圖4超聲波測距程序流程圖工作時，微處理器AT89C51先把P1.0置0，啟動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，同時啟動內部定時器T0開始計時。由于我們采用的超聲波傳感器是收發(fā)一體的，所以在發(fā)送完16個脈沖后超聲波傳感器還有余震，為了從返回信號識別消除超聲波傳感器的發(fā)送信號，要檢測返回信號必須在啟動發(fā)射信號后2.38ms才可以檢測，這樣就可以抑制輸出得干擾。
8、當超聲波信號碰到障礙物時信號立刻返回，微處理器不停的
