超声波测距系统的应用设计.doc

目 录 前 言 随着社会生产和科学的发展，智能机器人的研究越来越受到社会各界的广泛重视。机器人学包括控制、传感技术、视觉和人工智能等多方面的知识，我们仅在控制和传感技术方面进行了初步的尝试，对一台微型电动车进行了改装，模拟轮式移动机器人，设计出基于单片机控制的移动机器人超声波测距控制系统。 在现场生产中，在某一段距离上用机器运输一定的物料至指定地点，运送机器如果具有自动避障的功能，会节省很大的成本和人力资源，提高工作效率的作用。在很多现场中具有自动运行功能的小车很多，但是在小车行进的过程中可能会遇到障碍，于是研究具有自动避障功能的小车就很有意义了。要解决自动避障问题，首先小车的眼睛即检测系统要能很好的反应小车的距离及位置，常用的距离检测系统有红外检测，超声波检测，差动传感器系统等等[1]。这里用到的是超声波检测系统。超声波具有穿透性强，具有一定的方向性，传输过程中衰减较小，反射能力较强的优点。这种采用微型单片机控制的自动避障小车具有一定的智能，能识别一般大小的障碍物体，并具有自动避障的能力，具有快速响应的能力。1. 超声波测距仪 1.1 检测技术 1.1.1 检测系统的组成 检测技术几乎已应用于所有的行业，它是多学科知识的综合应用，设计半导体技术、激光技术、光纤技术、声控技术、遥感技术、自动化技术、计算机应用技术，以及数理统计、控制论、信息论等近代新技术和新理论。检测系统的最终目的就是从测量对象中获取反映其变化规律的有用信息，为了实现此目的，一个广义的检测系统一般由激励装置、测试装置、数据处理与记录装置所组成。 为了保证测量结果的准确性，上述各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应和尽量不失真的关系，这种关系通常是线性关系，而且尽能地减少或消除各种干扰，使有用信号进入系统。 1.2 传感器 1.2.1 传感器的定义 传感器是信息检测的必要工具，是生产自动化、科学测试、计量核算、检测诊断等系统中必不可少的基础环节[6]。通常是检测系统与被测对象之间的接口，处于检测系统的输入端，其性能直接影响着整个检测系统，对检测精确度起着主要作用。一般来讲，自动检测装置中最初感受被测量并将它转换为可用信号输出的器件叫传感器，在工程上也称为探测器、换能器、测量头。传感器也可定义为能把特定的被测信息（物理、化学、生物等）按一定的规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 1.2.2 传感器的基本组成部分 传感器由敏感元件、转化元件和其他辅助元件组成。 1.2.3 传感器的分类 传感器的分类 由于工作原理、测量方法和被测对象的不同，传感器的分类方法也不同。目前，采用较多的分类方法如下。 按信号变换的特征、用途、工作的物理基础、能量关系、测量方式、输出信号的形式等 1.2.4 传感器的性能参数及要求 传感器的优劣，一般通过若干主要性能指标来表示。除了前面已在一般检测系统中介绍的特征参数如灵敏度、线性度、分辨率、准确度、频率特性等特性外，还常用阀值、漂移、过载能力、稳定性、可靠性、以及与环境相关的参数、使用条件等。不同的传感器常常根据实际需要来确定其主要指标参数，有些指标可以低些或可不考虑。下面简单介绍一下阀值、漂移、过载能力、稳定性、重复性的定义，可靠性的指标内容以及传感器工作要求。 1.3 国内外超声波测距仪的现状 1.3.1 国外测距仪的现状 国外测距仪表早期大多采用机械原理，但近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化发展，并且总结了许多新的测量原理[8]。在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构有了很大的改善，功能有了很大的提高。从国外测距仪表发展的技术动向看，当前国外测距仪新技术普遍应用。普遍采用电子设计自动化(EDA)、计算机辅助测试(CAT),数字信号处理(DSP)、专用集成电路(ASIC)等。呈现出(1)智能化测距仪;(2)非接触测量方式的测距仪;(3)新原理的小型测距仪。 1.3.2 国内测距仪的现状 国内的早期的测距仪也是基于机械原理的，但是随着世界的电子技术的发展，国内位移测距仪在各方面不甘落后，甚至在某一方面科技含量更高。 在国内有超声波测距仪，精度不高，而且用于多方向的测距仪也不多见，以下是几种超声波测距仪。 1）深圳莱德电子超声波测距仪 测量范围：0.5m–13.0m 测量精度：(1cm+0.5%距离) 分辨率：1cm 2）北京友邦公司 Sonic Tape 测量范围：0.6m-10m 精确度：05% 分辨率：0.01m 总结: 综合国内外超声波测距仪，精度都不高，国内分辨率是lcm ，存在盲区，技术保密。本文设计的测程较之前面所述的超声波测距仪稍短，但精确度高，误差为士3cm，分辨率是lemma，且没有盲区。在测量原理中，激光测距仪测程远，但是在自动避障机器人中，受光线影响不适宜采用激光原理测距。