在自主行走机器人体系中，机器人要完结在不知道和不确定环境下行走，有必要实时收集环境信息，以完结避障和导航，这有必要依托能完结感知环境信息的传感器体系来完结。视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛使用。由于超声波测距办法设备简略、价格便宜、体积小、规划简略、易于做到实时操控，并且在丈量间隔、丈量精度等方面能到达工业有用的要求，因而得到了广泛的使用。本文所介绍的机器人选用三方超声波测距体系，该体系可为机器人辨认其运动的前方、左方和右方环境而供应关于运动间隔的信息。
超声波测距原理
超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。当它的南北极外加脉冲信号，且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振荡，便发生超声波。反之，假如南北极间未加外电压，当共振板接纳到超声波时，就成为超声波接纳器。超声波测距一般有两种办法：①取输出脉冲的均匀电压值，该电压与间隔成正比，丈量电压即可丈量间隔;②丈量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接纳超声波的时刻间隔t，依据被测间隔s=vt?2来得到丈量间隔，由于超声波速度v与温度有关，所以假如温度改变比较大，应经过温度补偿的办法加以校对。
本丈量体系选用第二种办法，由于丈量精度要求不是特别高，所以能够以为温度根本不变。本体系以PIC16F877单片机为中心，经过软件编程完结其对外围电路的实时操控，并供应给外围电路所需的信号，包含频率振荡信号、数据处理信号等，然后简化了外围电路，且移植性好。体系硬件电路方框图见图1。
图1 体系硬件电路方框图
由于本体系只需求清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物，并不需求知道障碍物与机器人的详细间隔，因而不需求显现电路，只需求设定一间隔阀值，使障碍物与机器人的间隔到达某一值时，单片机操控机器人电机停转，这可经过软件编程完结。
超声波发射电路
超声波发射电路以PIC16F877为中心，当单片机上电时，单片机从RA0口发生40kHz的超声波信号，可是此刻该信号无法经过与非门进入扩大电路使超声波发射头发射超声波，只要闭合开关S1时，从RA1口发射出一门控信号，该信号的频率为4kHz，一起发动单片机内部的定时器TMR1，开端计数。该门控信号每发射一个周期的波形，超声波就会发射10个完好的波形，这可由它们的频率得出。超声波的周期为1(40kHz)=01025ms，而门控信号的周期为1(4kHz)=0125ms。最终依据s=vt2求出障碍物与移动机器人的间隔。当超声波接纳头收到反射回来的超声波时，计数器中止计数，时刻t 能够依据计数器的计数与门控信号的周期求出。RA2口接RS触发器，RS触发器能够自动操控超声波的发射和中止。本体系的电路还包含人工复位电路，由单片机的MCLR引脚接S2来操控，超声波发射电路图见图2。
图2 超声波发射电路图
门控电路(RS触发器)
为完结对超声波发射和接纳的自动操控，须在电路中加一门控电路，该门控信号频率为4kHz，如把输出脉冲作为闸口信号，让已知频率fc的脉冲刚好经过闸口，那么t=NTc，其间，Tc为已知脉冲的周期，N为脉冲的个数。门控电路由RS触发器组成，当输入端R=1(S=0)时复位，即输出端Q=0;当R=0(S=1)时置位，即Q=1。RS触发器与单片机的RA2口相连。
超声波扩大电路
超声波扩大电路由三极管等组成，由于单片机RA口最多只要20mA～25mA上拉电流，而超声波发射器最小需求60mA的电流，所以在与非门后加一级扩大电路来扩大电流，以完结超声波的发射。超声波扩大发射电路见图3。
图3 超声波扩大发射电路图
超声波接纳扩大电路
由于超声波接纳头接纳到的超声波信号很弱小，所以在这以后需加一超声波接纳扩大电路。该电路选用两个集成运放，规划为两级，两级都为同相输入，由于同相输入的电压扩大倍数为1+RfR，所以每一级的扩大倍数为10，两级扩大倍数挨近100倍，这样后续电路就能够很容易地检测到输入的信号。集成运放选用双电源供电，超声波接纳扩大电路见图4。
图4 超声波接纳扩大电路图
信号滤波电路
从信号扩大电路出来的声波带有必定的搅扰，为了去除搅扰信号，需求一滤波电路，信号滤波电路选用带通滤波器电路，使其间心频率为40kHz、带宽为2kHz，外加一过零比较器，使输出信号转化为方波信号。信号滤波电路见图5。
图5 信号滤波电路图
信号整形电路
从信号滤波电路出来的方波信号很不规矩，故这以后加一整形电路，整形电路由两级非门串联，并联一电阻组成，整形后再送单片机进行处理，信号整形电路见图6。
图6 信号整形电路图
本文规划的超声波测距体系选用了单片机编程技术，合作硬件完结了体系的要求，其精度能满意大部分的工程需求。与传统的测距体系比较，具有结构简略、价格便宜、移植性好等特色。
