【正文】 是 1μs ,當主程序檢測到接受成功的標志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波往返所用的時間）按式 D=vt/2=172 T0/10000cm（ ） 計算，即可得被測物體與測距離之間的距離，設計時取 20℃ 時的聲速 344m/s。超聲波發(fā)射中要發(fā)射一串脈沖，實 驗證明， 8～ 10 個脈沖最佳。超聲波發(fā)射后，立即引起了接收探頭誤動作，如果此時計算從發(fā)射到接收的時間將得到錯誤值。當超聲波發(fā)射器與接收器互成 120176。 再次對該裝置設計軟件系統(tǒng)，對系統(tǒng)的軟件需要實現(xiàn)的功能進行了分析，設計了系統(tǒng)的主程序流程，分析各個中斷程序和主程序之間的關系，用匯編語言和C語言逐個實現(xiàn)了各自的功能模塊。 41 參考文獻 [1]劉君華，湯小軍 .控制系統(tǒng)設計指南 [M].北京： 電子工業(yè)出版社 ， 2020 [2]韓立群 .智能控制理論及應用 [M].北京： 機械工業(yè)出版社 ， 2020 [3]侯媛彬 ， 智能控制技術 [M].北京： 北京工業(yè)大學出版 ， 2020 [4]陳杰 ， 黃鴻 .傳感器與檢測技術 [M].北京： 高等教育出版社 ， 2020 [5]胡瑞，周錫青 .基于超聲波傳感器的測距報警系統(tǒng)設計 [J].科技信息 ， 2020,29(2):2631 [6]松井邦彥 .傳感器應用技巧 [M].北京： 科學出版社 ， 2020 [7]劉亮 .先進傳感器及應用 [M].北京： 北京化學工業(yè)出版社 ， 2020 [8]許力 .智能控制與智能系統(tǒng) [M].北京： 機械工業(yè)出版社 ， 2020 [9]徐科軍 .傳感器與檢測技術 [M].西安： 電子工業(yè)出版社 ， 2020 [10]高國富，謝少榮，羅均 .機器人傳感器及其應用 [M].北京： 化學工業(yè)出版社 ， 2020 [11] 趙占林，劉洪梅 .超聲測距系統(tǒng)誤差分析及修正 [J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟 ，2020,27(3):3745 [12] 李光飛 ， 李良兒 ， 樓然苗 .單片機 C程序設計實例指導 [M].北京： 北京航空航天大學出版社 ， 2020 [13] 杜樹春 編著 .單片機 C語言和匯編語言混合編程實例詳解 [M].北京： 北京航空航天大學出版社 ， 2020 [14]張毅剛，彭喜 元 .新編 MCS51 單片機應用設計 .第一版， 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學出版社 ， 2020 [15] 王毅 .單片機器件應用手冊 [M].北京：人民郵電出版社， 1995 42 致 謝 本論文是在老師王海副教授的悉心指導下完成的。 最后，我要感謝我的家人，我的論文工作的順利進行，離不開他們對我的無私奉獻。 (2) 障礙物的材質(zhì)對超聲波避障系統(tǒng)的影響不大，但障礙物表面形狀對避障辨識影響較大，故應該對機器人的辨識能力加以提高。 本文以檢測距離和避障為目標進行設計，具體而言，本論文的工作 歸納如下： 首先介紹了超聲波測距系統(tǒng)的工作原理，為接下來研究移動機器人的測距與避障打下了良好的基礎。 測量距離與信號強度的關系 38 將超聲波接收器的信號引入示波器，測得接收到信號的強弱與障礙物距超聲波發(fā)射 接收器的 距離成反比。但對連續(xù)測距來說，要設置兩次測距間的時間間隔，等前一次發(fā)射的超聲波基本衰減消失后，再啟動下一次測距。在開始發(fā)射超聲波的時刻 T0 開始計時，等待 INT1 中斷，在 INT0 中斷時停止計時，在中斷程序讀出 TH0、 TL0 的值。 主函數(shù)程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA并將顯示端口 P1 和 P3 清 0。 (2)單片機連續(xù)發(fā)射 40KHZ 的脈沖波，立即啟動 INT0，系統(tǒng)進入中斷后激活系統(tǒng)，等待 計數(shù)值滿產(chǎn)生中斷，開始啟動接收程序。 在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要 掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 圖 七段數(shù)碼管結構圖 在圖 中，只要使不同段的發(fā)光二極管，即可改變所顯示的數(shù)字和字母， LED 七段數(shù)碼管根據(jù)內(nèi)部 LED 的連接方法不同，有共陰極和共陽極兩種接法，在共陽極接法中，當某一段發(fā)光二極管輸入為低電平時，該發(fā)光二極管亮，反之則熄滅。而在數(shù)字電路中，一般要給每個芯片的電源引腳上并聯(lián)一個 的電容到地（這個電容叫做退耦電容，當然也可以理解為電源濾波電容 ,越靠近芯片越好） ， 因為在這些地方的信號主要是高頻信號，使用較 小的電容濾波就可以了 。 26 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ ，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產(chǎn)生下降。 4腳：接地端。 缺點：必須保證接收到的信號為 40KHz，否則無法解調(diào)出。紅外遙控常用的載波頻率為38KHz，這是由發(fā)射端所使用的 455KHZ 晶振來決定的。 22 E、 在系統(tǒng)可編程 ,無需編程器 ,可遠程升級 F、 內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路，原復位電路可以保留，也可 以不用，不用時reset 腳直接短到地 。有 32 腳 PLCC(27 個 I/0 口 )， 28腳 DIR(23 個 I/O 口 )， 20 腳 DIP(15 個 I/O 口 ).三種封裝形式，在芯片型號命名上 。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。直流電源組成如圖 3— 4所示。 電源電路 16 圖 電源電路原理圖 本系統(tǒng)中使用到的電源包括 +5V 和 +12V，其中 +12V 電壓由直流穩(wěn)壓電源提供，通過電源接頭提供給電路板。而氣介式超聲回波測距儀，一般頻率都較低，易引入工業(yè)噪聲。通過對溫度修正來校正聲速的方法，即用測溫元件測量實際環(huán)境。 13 但是，當探測距離很遠時，為了增大發(fā)射功率，須采用特殊形式的大功率超聲發(fā)射傳感器，但這些傳感器的接收靈敏度一般很低，甚至無法用于接收，在這種情況下，選用兩個換能器分別用于發(fā)送和接收。 在使用一個探頭同時充當發(fā)射和接收的情況下，由于在探頭上施加的發(fā)射電壓強達幾十伏甚至上百伏以上，雖然發(fā)射信號只維持一個極短的時間，但停止施加發(fā)射信號后，探頭上還存在一定的余振，因此在一段較長的時間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號幅值仍是相當強的，可以達到限幅 電路，引起探頭振動，不能進行正確的測量，同時，探頭上接收到的各種反射信號卻遠比發(fā)射信號小，即使是離探頭較近處的液面反射信號也達不到限幅電路的限幅電平。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射 /接收的設計方法。θ為攝氏溫度 。 r 為 氣體的比熱比 。下圖 24 就是超聲波傳感器的指向圖。因此超聲波接收器具有很好的頻率選擇特性，在構成遙測系統(tǒng)時一般不再設置選頻電路。 正壓電效應是指當對某電介質(zhì)施加應力時，產(chǎn)生的變形將引起內(nèi)部正負電荷中心發(fā)生相對位移而產(chǎn)生極化，在介質(zhì)兩端面上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，其電荷密度與應力成正比，這種效應稱為正壓電效應。超聲換能器的種類很多，按照實現(xiàn)超聲傳感器機電轉(zhuǎn)換的物理效應的不同可將換能器分為電動式、電磁式、磁致式、壓電式和電致伸縮式等。其最佳工作頻率 75 kHz， 適于中程范圍測量 ， 最大量程 10 m ， 盲區(qū) 20 cm， 脈沖觸發(fā)模式工作。聲阻抗定義為傳聲介質(zhì)的 密度 ρ 與聲速 c 的乘積，用 Z 表示。 聲速與介質(zhì)的許多特性有關，有的關系非常直接，可有精確的理論公式，有的關系比較間接而復雜，但在特定條件下，也可建立一些經(jīng)驗公式，例如介質(zhì)的成分、混合物的比例、溶液的濃度、某些液體的比重等，都可以與聲速建立一定關系，這樣就可以通過聲速來測定這些特性參數(shù)。超聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)乃俣燃唇橘|(zhì)的聲速。 課題研究方案是根據(jù)設計要求并綜合各方面因素，采用單片機作為主控制器，控制超聲波的接收和發(fā)射，并用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成因為不同的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，本設計要進行近距離測 量，所以選用利用電氣方式產(chǎn)生超 聲波的超聲波發(fā)生器 — 壓電式超聲波換能器。 杰創(chuàng)立儀器有限公司生產(chǎn)的 UD2500 型超聲波測距儀，可以實現(xiàn)公英制直接轉(zhuǎn)換；測量基準選擇；記憶 /調(diào)出記憶數(shù)據(jù)；計算面積和體積；五組不同的記憶體；累加長度和；自動關機功能； LED 背光顯示；按鍵聲提示；出錯聲提示；確認聲音提示 :面積測量功能；距離測量功能；體積測量功能；累加求和功能。 本領域的研究歷史與現(xiàn)狀 目前國內(nèi)超聲波測距儀的發(fā)展主要采用引進加仿制等手段，還有許多合資企業(yè)代理國外相應產(chǎn)品。 研究背景和意義 超聲波測距是一種傳統(tǒng)而實用的非接觸測量方法，和激光、渦流和無線電測距方法相比，具有不受外界光及電磁場等因素的影響的優(yōu)點，在比較惡劣的環(huán)境中也具有一定的適應能力，且結構簡單，成本低，因此在工業(yè)控制、建筑測量、機器人定位 避障 方面得到了廣泛的應用。Silent Wave。 針對移動機器人在移動過程中會遇到各種障礙物并需要合理的避開，以移動機器人為平臺，利用超聲測距原理，以單片機為核心設計一種基于超聲裝置的移動機器人避障系統(tǒng)。因此設計好的超聲測距儀就顯得非常重要了。 關鍵詞： 單片機 ； 超聲波 ； 測距 II Ultrasonic device application in mobile robot detection function Abstract With the development of society, the demand on the measurement of distance or length is increasing. Ultrasound device in the mobile robot detection function has a wide range of applications in social life, such as cars reversing radar， range finder and level measurement and so on. Control System is the core ponent of the development of ultrasonic range finder. Therefore, it is very important to design a good ultrasonic r