基于超声波传感器的测距系统设计-电子电路网.PDF

获取更多权威电子资料 请登陆 基于超声波传感器的测距系统设计 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，超声波传感器以其信息处理简单、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Polaroid 6500 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AT89C5 1。本文对此超声波 测距系统进行了详细的分析与介绍。 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[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。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF （time of flight ）[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之间的 距离，即 1、 硬件电路设计 我们设计的超声波测距系统由Polaroid 600 系列传感器、Polaroid 6500 系列超声波距 离模块和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，在其正面涂了一层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。薄片和后板 第 1 页 共 6 页 获取更多权威电子资料 请登陆 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， 薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49.4kHz 的超声波。当接收回波时，Polaroid 6500 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。 Polaroid 600 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， 这种余振经换能器同样产生电压信号，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 。 nbsp; 2.2 Polaroid 6500 系列超声波距离模块 Polaroid 6500 系列超声波距离模块的硬件电路如图2 所示： 第 2 页 共 6 页 获取更多权威电子资料 请登陆 图2 Polaroid 6500 系列超声波距离模块的硬件电路 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 瓷晶振被8.5 分频，形成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，以供单片机定时用。TL852 是专门为接收 超声波而设计的芯片。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， TL852 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TL851 发送 高电平表明超声波已经接收。 2.3 AT89C51 单片机 本系统采用AT89C5 1