时间" 则 *' 5 )6&,+) 8 +. 7 #9.*) 8 *./ 经过 多次测量后取平均值 本文中传感器 *' 为 & 22/
)/.
超声波发射模块设计 外加信号频率等于两压电晶片的固有振动频
率时 将会发生共振 课题中采用的超声波传感器 中心频率为 &' :;< 因此在超声波发射电路中 通 过软件编程方式 对单片机 =9> 口置高和置低 产 生 &' :;< 脉 冲 信 号 输 出 到 发 射 电 路 中 " 由 于
'")'. . 12 该误差对 机器人避障影响 不 大 因 此
本文采用测量值 % 代替真实值 $"
丁立军 等 5 基于超声波传感器与红外传感器的移动机器人感测系统研制

减速度变慢 多次折射返回信号可能会使接收探头 误触发 ! 而且发射脉冲数 越多 串扰时 间越长 测 量盲区也越大 ! 因此本文中采用 " 个发射脉冲! 由于本文设计的测量电路发射功率较弱 最远 可测距离在 #!# $ 左右 如需测量更远距离 可将 单片机输出的调制波通过脉冲变压器升压后驱动 超声波探头%&'#(!
第7卷 第"期 &**, 年 ' 月
南通大学学报 自然科学版
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基于超声波传感器与红外传感器的 移动机器人感测系统研制
丁立军 ! 华
!# 嘉兴学院 浙江 嘉兴
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引
言
波测控系统应用于移动机器人上的研究 # 超声波传 感器在应用 领域的代表 作 是 !((7 年 美 国 的 =+>+ 火星探测 车上运用的 超声障碍 物 检 测 设 备 5$6# "&&& 年 ?4. 和 ?4@.5%6首次利用两组超声波传感器检测 障碍物表面形状及位置 # 其后 国内外很多学者也
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
分立式超声波传感器测控系统设计 发射探头与接收探头的距离 设 ! 为传感器两探头中心距离 " 为超声波波 速 # 为超 声波传播时 间 $ 为障碍 物 距 离 传 感 器 的实际距离 " 发射探头与入射探头的距离越远 测 量误差越大 " 因此我们希望两探头尽量靠近 但两 探头距离较近 会存在串扰问题 " 在本文中两探头 中心的距离为 *"4 12 测量存在一定误差 实际距 离 $ 5 %. & !6. . ' 5 "#6. 但在单片机中执 行 该计算会 耗费很多资 源和时间 3 由 于 在 本 文 中 我们将盲区范围设置为 '34)* 2 因此两探头 距离 带来的最大误差为 ( *346.. ) 4)3* 7 4)"* 5
引起 发射信号未经反射就被接收探头感应到 ! 由 于 +,*-)-. 接收到超 声波反射信 号后 就 输 出 低 电 平 示波器采集到的串扰信号及有效信号如图 " 所 示 ! 可见超声波发射后 立即引起了接收探头误动 作 如果此时计算从发射到接收的时间后计算出的 距离为错误值! 因此在设计中必须给串扰信号加上加窗信号 加窗信号实质就是盲区信号 ! 盲区信号可以采用软 件延时打开中断的方法 在发射完闭后延时一段时 间避开串扰信号后再打开单片机外部中断! 为留有一定的裕量 本文将盲区时设置为
./ 传 感 器 安 装 在 机 器 人 上 时 距 离 地 面 不 能 太 近
太近容易产生干扰信号 而且容易将可以翻越的障 碍物当成无法逾越的障碍物 " 传感器两探头间的距 离不能太远也不能太近 太远测量误差过大 太近 串扰信号过强" 本文中传感器距离地面的高度为
0. 12 传感器间宽度 *34 12" )") )")")
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?+!@A4) 单片机 =6> 口使用时能提供 .' 2? 灌电流
能力 而吸电流能力较小 所以用 B&;('& 来提高 其输出电 流的能力 保 证 &' :;< 的脉冲 信号有 一
#
超声波传感器测控系统设计
本课题采用分立式超声波传感器 $%&'()*+,定的功率3 超声波发射模块原理图如图 ) 所示3
超声波传感器是移动机器人避障 测距常用传 感器之一 # !((- 年 +./0 及 12345!6利用分立式超声 波传感器 设计了一套能使机器人沿墙走的测控系 统# !((7 年 8493:.;< 等人5"6进行了将复合频率超声
收稿日期 "&&,A&$A&$ 基金项目 南通市应用研究计划项目 B"&&7&"$ 南通大学自然科学基金项目 &7C&%7 作者简介 丁立军 !(7(A 男 嘉兴学院机电学院电气系助教 硕士 主要从事模式识别及智能检测技术方面的研究 #
" $0 在红外辅助测距范围内 将盲区设置大点可
以提高系统可靠性而且不会影响测距 ! 盲区设置为
" $0 则盲区距离为 1 "&&-!--"2* 1 -!#). $! )!#
传感器的多次反射问题 当周围障碍物较杂乱的时候 超声波存在多次 反射现象 ! 实验中 将传感器指向房间一个堆有杂 乱物体的角落 超声波经过多次折射后 引起的接 收系统不断动作 ! 此时对单次测距影响不大 只需 增加盲区时间 在盲区时间过后感测到第一个脉冲 下降沿后 第一个下降沿是离传感器最近物体的反 射信号 就关闭单片机中断! 但对连续测距来说 两 次测距间必须保持一定时间间隔 等前一次发射的 超声波基本衰减消失后 再启动下一次测距!
亮 " 陈
峰"
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$!%&&! "# 南通大学 江苏 南通
摘
要 文章利用超声波传感器与红外传感器各自的优点 设计了基于超声波传感器和红外传感器的移动机器人
感测系统 # 该系统采用红外传感器补偿了超声波传感器的 检测盲区 使移动机器人具有更大的感测范围 # 文章完成 了感测系统软硬件设计 并进 行了详细的理论和 实 验 研 究 # 实 验 结 果 表 明 本 文 设 计 的 感 测 系 统 结 构 简 单 精 度 高 重复性好 成本低 具有普遍的应用意义和广泛的应用价值 # 关键词 超声波传感器 红外传感器 测距 移动机器人 中图分类号 )*"$" 文献标识码 + 文章编号 !"#$%&'() &**, *"+**!$%*-