基于超声波传感器的 测距系统设计
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:358
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
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:
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:
2.3 at89c51单片机
本系统采用at89c51来实现对polaroid 600系列传感器和polaroid 6500系列超声波距离模块的控制。单片机通过p1.0引脚经反相器来控制超声波的发送,然后单片机不停的检测int0引脚,当int0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 超声波测距的硬件示意图如图3所示:
系统程序流程图如图4所示:
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at89c51。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 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: 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: 2.3 at89c51单片机 本系统采用at89c51来实现对polaroid 600系列传感器和polaroid 6500系列超声波距离模块的控制。单片机通过p1.0引脚经反相器来控制超声波的发送,然后单片机不停的检测int0引脚,当int0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 超声波测距的硬件示意图如图3所示: 系统程序流程图如图4所示:
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