超声波传感器的测距系统

1、超声波传感器的测距系统安全避障是移动机器人研究的一个基本问题.障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提， 小小波传W界以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。本超声波 测距系统选用了senscomp公司生产的polaroid6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采 用了atmel公司的at89c51。本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。超声波传感器及其测距原理超声波是指频率高于20khz的机械波1。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波. 完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头.超声波传感器有发送 器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应 1的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回 波的时候，则将超声振动转换成电信号。超声波测距的原理般采用渡越时间法tof (timeofflight) 2.首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回 所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物

2、之间的距离，即)=- 2 其中Z)为传感器与被测障碍物之间的距离，。为声波在介质中的传输速率,在空气中声波传波传输速空为+其中7关葩对潟度，q = 3314.在测距精度不是很高的情况下，一般认为c为常数340侬.1、硬件电路设计我们设计的超声波测距系统由polaroid600系列传感器、polaroid6500系列超声波距离模块和at89c51单片机 构成.2o 1 polar oid600系列传感器此超声波传感器是集发送与接收一体的一种传感器.传感器里面有一个圆形的薄片，薄片的材料是塑料,在其 正面涂了 层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。薄片和后板构成了一个电容器，当给薄片加上频率为 49. 4khz、电压为300vacpk-pk的方波电压时，薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49. 4khz的资料内容仅供您学习参考，如有不当之处,请联系改正或者删除超声波.当接收回波时，polaroid6500内有一个调谐电路，使得只有频率接近49. 4khz的信号才能被接收，而 其它频率的信号则被过滤.polaroid600超声传感器发送的超声波具有角度为30度的波束角3,如图1所示：图1波

3、束角 超声波传感器既可以作为发射器又可以作为 接收器，传感器用一段时间发射一串超声波束，只有待发送结束后才能启动接收，设发送波束的时间为d,则 在d时间内从物体反射回的信号就无法捕捉；另外，超声波传感器有一定的惯性，发送结束后还留有一定的余 振，这种余振经奂能牌同样产生电压信号，扰乱了系统捕捉返回信号的工作。因此，在余振未消失以前，还 不能启动系统进行回波接收，以上两个原因造成了超声传感器具有测量一定的测量范围。此超声波最近可以 测量37cm。图2 Polaroid 65U0系列超声波距离模块的硬件电路资料内容仅供您学习参考，如有不当之处,请联系改正或者删除2。2polaroid6500系列超浴波距离模块polaroid6500系列超声波距离模块的硬件电路如图2所示：tl851是一个经济的数字12步测距控制集成电路。内部有一个420khz的陶瓷晶振,6500系列超声波距离模块开始工作时，在发送的 前16个周期，陶瓷品振被8。5分频，形成49.4khz的超声波信号，然后通过三极管ql和变压器tl输送至超声 波传感器。发送之后陶瓷晶振被虫5分频，以供单片机定时用。tl852是专门为接收超声

4、波而设计的芯片。因 为返回的超声波信号比较微弱，需要进行放大才能被单片机接收，“852主要提供了放大电路，当tl852接收 到4个脉冲信号时，就通过rec给H851发送高电平表明超声波已经接收。2o 3at89c51 单片机本系统采用at89c51来实现对polaroid600系列传感器和polaroid6500系列超声波距离模块的控制.单片机通 过P1.。引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测intO引脚，当intO引脚的电平由高电平变 为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感 器与障碍物之间的距离.超声波测距的硬件示意图如图3所示：3、系统软件设计图3超声波测距的硬件示意图系统程序流程图如图4所示：图4超声波测距程序流程图工作时，微处理器at89c51先把pl。0置0,启动超声波传感器发射超声波，同时启动内部定时器t0开始计时。 由于我们采用的超声波传感器是收发-体的，所以在发送完16个脉冲后超声波传感器还有余震，为了从返回 信号识别消除超声波传感器的发送信号，要检测返回信号必须在启动发射信号后2。381ns才可以

5、检测，这样 就可以抑制输出得干扰。当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回，微处理器不停的扫描intO引脚，如果into 接收的信号由高电平变为低电平,此时表明信号已经返回，微处理器进入中断关闭定时器.再把定时器中的数 据经过换算就可以得出超声波传感器与障碍物之间的距离。4、实验数据处理由于受环境温度、湿度的影响，超声传感器的测量值与实际值总有些偏差，表1列出了本超声测距系统测量值与对应的实际值：实际值45 &0 75 100 125 150 1T5 200沏息值55.566.983. 1107.2131.5157.31能.4206 . 4表1超声测距系统测量值与实际值单位：cm从表中的数据可以看出，测量值总是比实际值大出大约7cm,经过分析原因主要有三个方面：第一方面, 超声波传感器测得的数据受环境温度的影响：第二方面,指令运行需占用定的时间而使得测量的数据偏大; 第三方面，为了防止其他信号的干扰,单片机开始计数时，驱动电路发送16个脉冲串。对于单个回声的方式, 当驱动电路接收到碰到障碍物返回的第四个脉冲时就停止计数，所以最终测得的时间比实际距离所对应的时 间多出四个脉冲发送的时间。为了减小测量值与实际值的偏差，我们采用最小二乘法45对表1的数据进 行修正。经过拟合，我们得到下面的方程：y=l。0145x-9o 3354 （其中：y为实际值，x为测量值）修正后本超声 波测距系统测量值与实际值的对应关系如表2所示：实际值4560 75 100 125 150 175 200测量值46. 9658. 574. 999.4124.1150.2175.7200.1表2修正后超声测距系统测量值与实际值单位:从修正后的数据我们可以看出，系统的测量误差在2%以内，满足我们的测量要求。5、结论利用超声波传感器进行测距，其中主要的就是要保证在电路设计上一定要满足电路工作的可靠性、稳定性。 经过实验与分析,我们认为用6500系列距离模块和600系列超声波传感器进行距离的测量简单、经济、可靠, 测得数据的误差比较小。

《超声波传感器的测距系统》由会员m****分享，可在线阅读，更多相关《超声波传感器的测距系统》请在金锄头文库上搜索。