安全避障是移动机器人研讨的一个基本问题。障碍物与机器人之间间隔的取得是研讨安全避障的条件，超声波传感器以其信息处理简略、价格低廉、硬件简略完结等长处，被广泛用作测距传感器。本超声波测距体系选用了SensComp公司出产的Polaroid 6500系列超声波间隔模块和600系列传感器，微处理器选用了ATMEL公司的AT89C51。本文对此超声波测距体系进行了具体的剖析与介绍。
1、 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。为了以超声波作为检测手法，有必要发生超生波和接纳超声波。完结这种功用的设备便是超声波传感器，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纳器，但一个超声波传感器也可具有发送和接纳声波的两层效果。超声波传感器是使用压电效应的原理将电能和超声波彼此转化，即在发射超声波的时分，将电能转化，发射超声波；而在收到回波的时分，则将超声振荡转化成电信号。
超声波测距的原理一般选用渡越时刻法TOF（time of flight）。首要测出超声波从发射到遇到障碍物回来所阅历的时刻，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的间隔，即
1、硬件电路规划
咱们规划的超声波测距体系由Polaroid 600系列传感器、Polaroid 6500系列超声波间隔模块和AT89C51单片机构成。
2.1 Polaroid 600系列传感器
此超声波传感器是集发送与接纳一体的一种传感器。传感器里边有一个圆形的薄片，薄片的资料是塑料，在其正面涂了一层金属薄膜，在其反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300VAC pk-pk的方波电压时，薄片以相同的频率轰动，然后发生频率为49.4kHz的超声波。当接纳回波时，Polaroid 6500内有一个调谐电路，使得只要频率挨近49.4kHz的信号才干被接纳，而其它频率的信号则被过滤。
Polaroid 600超声传感器发送的超声波具有视点为30度的波束角，如图1所示：
图1 波束角
超声波传感器既能够作为发射器又能够作为接纳器，传感器用一段时刻发射一串超声波束，只要待发送完毕后才干发动接纳，设发送波束的时刻为D，则在D时刻内从物体反射回的信号就无法捕捉；别的，超声波传感器有必定的惯性，发送完毕后还留有必定的余振，这种余振经换能器相同发生电压信号，打乱了体系捕捉回来信号的作业。因而，在余振未消失曾经，还不能发动体系进行回波接纳，以上两个原因造成了超声传感器具有丈量必定的丈量规模。此超声波最近能够丈量37cm。
2.2 Polaroid 6500系列超声波间隔模块
Polaroid 6500系列超声波间隔模块的硬件电路如图2所示：
图2 Polaroid 6500系列超声波间隔模块的硬件电路
TL851是一个经济的数字12步测距操控集成电路。内部有一个420KHz的陶瓷晶振，6500系列超声波间隔模块开端作业时，在发送的前16个周期，陶瓷晶振被8.5分频，构成49.4KHz的超声波信号，然后通过三极管Q1和变压器T1输送至超声波传感器。发送之后陶瓷晶振被4.5分频，以供单片机守时用。TL852是专门为接纳超声波而规划的芯片。因为回来的超声波信号比较弱小，需求进行扩大才干被单片机接纳，TL852首要供给了扩大电路，当TL852接纳到4个脉冲信号时，就通过REC给TL851发送高电平标明超声波现已接纳。
2.3 AT89C51单片机
本体系选用AT89C51来完结对Polaroid 600系列传感器和Polaroid 6500系列超声波间隔模块的操控。单片机通过P1.0引脚经反相器来操控超声波的发送，然后单片机不断的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就以为超声波现已回来。计数器所计的数据便是超声波所阅历的时刻，通过换算就能够得到传感器与障碍物之间的间隔。 超声波测距的硬件示意图如图3所示：
图3 超声波测距的硬件示意图
3、体系软件规划
体系程序流程图如图4所示：
图4超声波测距程序流程图
作业时，微处理器AT89C51先把P1.0置0，发动超声波传感器发射超声波，一起发动内部守时器T0开端计时。因为咱们选用的超声波传感器是收发一体的，所以在发送完16个脉冲后超声波传感器还有余震，为了从回来信号辨认消除超声波传感器的发送信号，要检测回来信号有必要在发动发射信号后2.38ms才干够检测，这样就能够按捺输出得搅扰。当超声波信号碰到障碍物时信号马上回来，微处理器不断的扫描INT0引脚，假如INT0接纳的信号由高电平变为低电平，此刻标明信号现已回来，微处理器进入中止封闭守时器。再把守时器中的数据通过换算就能够得出超声波传感器与障碍物之间的间隔。
4、试验数据处理
因为受环境温度、湿度的影响，超声传感器的丈量值与实践值总有一些差错，表1列出了本超声测距体系丈量值与对应的实践值：
表1超声测距体系丈量值与实践值 单位：cm
从表中的数据能够看出，丈量值总是比实践值大出大约7cm，通过剖析原因首要有三个方面：榜首方面，超声波传感器测得的数据受环境温度的影响；第二方面，指令运转需占用必定的时刻而使得丈量的数据偏大；第三方面，为了避免其他信号的搅扰，单片机开端计数时，驱动电路发送16个脉冲串。关于单个回声的方法，当驱动电路接纳到碰到障碍物回来的第四个脉冲时就中止计数，所以终究测得的时刻比实践间隔所对应的时刻多出四个脉冲发送的时刻。为了减小丈量值与实践值的差错，咱们选用最小二乘法［4~5］对表1的数据进行批改。通过拟合，咱们得到下面的方程：
y=1.0145x-9.3354？ （其间：y为实践值，x为丈量值）
批改后本超声波测距体系丈量值与实践值的对应联系如表2所示：
表2 批改后超声测距体系丈量值与实践值 单位：cm
从批改后的数据咱们能够看出，体系的丈量差错在±2%以内，满意咱们的丈量要求。
5、定论
使用超声波传感器进行测距，其间首要的便是要确保在电路规划上必定要满意电路作业的牢靠性、稳定性。通过试验与剖析，咱们以为用6500系列间隔模块和600系列超声波传感器进行间隔的丈量简略、经济、牢靠，测得数据的差错比较小。
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