【正文】 統(tǒng)設(shè)計的問題與特點?！叭诵校赜形?guī)熝伞?，本次設(shè)計中，在老師和同學(xué)們身上學(xué)到很多可貴的東西，我認(rèn)識到交流的重要性，學(xué)習(xí)更需要交流。本設(shè)計的超聲波測距 與避障系統(tǒng) ，可以對不同距離進(jìn)行測試，并可以進(jìn)行 躲避障礙物 。此時對單次測距影響不大，在采用中斷方式響應(yīng)檢測信號時，側(cè)到第一個脈沖下降沿就關(guān)閉中斷，不再響應(yīng)后續(xù)進(jìn)入的信號。 32 圖 主程序流程圖 圖 內(nèi)部定時器 0中斷服務(wù)程序流程圖 單片機(jī)初始化 發(fā)射超聲波 有回波嗎？ 讀取計算 S值 開始 否 是 避障 算法 D/A轉(zhuǎn)換 返回 定時器 0中斷入口 關(guān)閉中斷允許位 EA 定時器初始化 打開中斷允許位 EA 延時 65微秒 選通端置 0停止發(fā)送方波 返回 S=∞ 33 主程序完成初始化工作，超聲波發(fā)射的控制。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。常使用的小電容為 的瓷片電容，當(dāng)頻率更高時，還可并聯(lián)更小的電容，例如幾pF，幾百 pF 的。 3 腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 。 CX20206A 也有不少用于超聲波測試。 STC12 系列是從 引 腳到內(nèi)核及指令上都完全兼容 8051 的單片機(jī) 。因此，常常需要將電網(wǎng)電壓先經(jīng)過電源變壓器，然后將變換以后的副邊電壓再去整流、濾波和穩(wěn)壓，最后得到所需的直流電壓幅值。噪聲有兩類，一類電噪聲，在處理上同其它電子儀器一樣，另一類 為機(jī)械噪聲，其中工業(yè)噪聲頻率較低，對液介式超聲測距儀，工作頻率較高，可以避開工業(yè)噪聲頻譜段。當(dāng)開始計時，測量超聲波在空氣中的傳播時間才有效。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。超聲波在理想氣體中傳播速度為? ?1rv RT ?? 式中μ為氣體摩爾質(zhì)量 。 由 圖 知 ， f0 為中心頻率 ，曲線在 f0 處最尖銳，輸出電信號的幅度最大，信號 f0 處接收靈敏度最高。 圖 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖 7 壓電式超聲傳感器是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。 超聲波在兩種介質(zhì)的界面上的反射能量和透射能量的變化，取決于這兩種介質(zhì)的聲阻抗之比。頻率高于人類聽覺上限頻率 (約 20200Hz)的聲波，稱為超聲波，或稱超聲。公英制單位轉(zhuǎn)換。而且超聲波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、信號處理可靠等特點 。因此設(shè)計好的超聲測距儀就顯得非常重要了。Silent Wave。 本領(lǐng)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(jìn)加仿制等手段，還有許多合資企業(yè)代理國外相應(yīng)產(chǎn)品。 課題研究方案是根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，采用單片機(jī)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(jī)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(shè)計要進(jìn)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。 聲速與介質(zhì)的許多特性有關(guān)，有的關(guān)系非常直接，可有精確的理論公式，有的關(guān)系比較間接而復(fù)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(guān)系，這樣就可以通過聲速來測定這些特性參數(shù)。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。 正壓電效應(yīng)是指當(dāng)對某電介質(zhì)施加應(yīng)力時，產(chǎn)生的變形將引起內(nèi)部正負(fù)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(yīng)力成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。下圖 24 就是超聲波傳感器的指向圖。θ為攝氏溫度 。 在使用一個探頭同時充當(dāng)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(qiáng)達(dá)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(dāng)強(qiáng)的，可以達(dá)到限幅 電路，引起探頭振動，不能進(jìn)行正確的測量，同時，探頭上接收到的各種反射信號卻遠(yuǎn)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(dá)不到限幅電路的限幅電平。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。 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。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(gòu)成自激振蕩器。 22 E、 在系統(tǒng)可編程 ,無需編程器 ,可遠(yuǎn)程升級 F、 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，原復(fù)位電路可以保留，也可 以不用，不用時reset 腳直接短到地 。 缺點：必須保證接收到的信號為 40KHz，否則無法解調(diào)出。 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。 圖 七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)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(dāng)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。 (2)單片機(jī)連續(xù)發(fā)射 40KHZ 的脈沖波，立即啟動 INT0，系統(tǒng)進(jìn)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。 測量距離與信號強(qiáng)度的關(guān)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(qiáng)弱與障礙物距超聲波發(fā)射 接收器的 距離成反比。 (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(yīng)該對機(jī)器人的辨識能力加以提高。 41 參考文獻(xiàn) [1]劉君華，湯小軍 .控制系統(tǒng)設(shè)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(yīng)用 [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020 [3]侯媛彬 ， 智能控制技術(shù) [M].北京： 北京工業(yè)大學(xué)出版 ， 2020 [4]陳杰 ， 黃鴻 .傳感器與檢測技術(shù) [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(shè)計 [J].科技信息 ， 2020,29(2):2631 [6]松井邦彥 .傳感器應(yīng)用技巧 [M].北京： 科學(xué)出版社 ， 2020 [7]劉亮 .先進(jìn)傳感器及應(yīng)用 [M].北京： 北京化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2020 [8]許力 .智能控制與智能系統(tǒng) [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020 [9]徐科軍 .傳感器與檢測技術(shù) [M].西安： 電子工業(yè)出版社 ， 2020 [10]高國富，謝少榮，羅均 .機(jī)器人傳感器及其應(yīng)用 [M].北京： 化學(xué)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(jì) ，2020,27(3):3745 [12] 李光飛 ， 李良兒 ， 樓然苗 .單片機(jī) C程序設(shè)計實例指導(dǎo) [M].北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， 2020 [13] 杜樹春 編著 .單片機(jī) 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(xué)出版社 ， 2020 [14]張毅剛，彭喜 元 .新編 MCS51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計 .第一版， 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ， 2020 [15] 王毅 .單片機(jī)器件應(yīng)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(dǎo)下完成的。當(dāng)超聲波發(fā)射器與接收器互成 120176。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。 (4)單片機(jī)捕獲計數(shù)值，調(diào)用及計算程序 。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類 。 8腳：電源正極， ～ 5V。 圖 CX20206 引腳圖 25 圖 中，引腳從上至下依次為 8 。 圖 發(fā)射電路 在超聲探測電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時間間隔，被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫 19 度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，建議電容使用 30pF177。L7805CV 的外形如圖 3— 3所示。 (2)采用自動距離增益控制 14 采用具有自動增益控制功能的接收放大器，使近距離的增益很小，遠(yuǎn)距離時的增益較大，這樣一方面發(fā)射信號的余震幅度變小，相應(yīng)的延續(xù)時間縮短，可以分辨出近處的接受回波信號，故可使盲區(qū)減少。同時，接收信號的衰減程度總是要比發(fā)射信號余振的衰減慢得多。 在 25 ℃時 , ? ?0 .1 7 3 1 4 2 5 1 5s N m m? ? ?為本儀器的距離計算公式。超聲波傳感器的指向角一般為 40 度～ 80 度 [5]。 超聲波傳感器的基本特性分為頻率特性和指向特性。為測量更精確 ， 鑒于聲速受溫度影響最大 ,測距數(shù)據(jù)處理過程采用了溫度補(bǔ)償。在聲速已知的介質(zhì)中，可以利用身波傳播距離 L 和傳播時間 t 的關(guān)系L=vt，進(jìn)行超聲測距，超聲液位計和超聲測厚計就是這方面的典型應(yīng)用。在科學(xué)史上，聲學(xué)是發(fā)展最早的學(xué)科之一。 深圳長泉機(jī)電 Camp。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。 在社會生活 中 超聲裝置在移動機(jī)器人探測功能中的應(yīng)用 已 很廣泛 ，如汽車倒車?yán)走_(dá)、測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。因此超聲裝置在移動機(jī)器人探測功能等方面有廣泛應(yīng)用?？勺鬟B續(xù)測距和單次測距 。根據(jù)聲波振動頻率的范圍，可以分為次聲波、聲波、超聲波和