超声波测距避障技术在智能小车上的应用研究

淮北职业技术学院学报

JOURNALOFHUAIBEIPROFESSIONALANDTECHNICALCOLLEGE

Vol．１５No．２

Ar．２０１６p

超声波测距避障技术在智能小车上的应用研究

周明江１,刘永梅２

()淮北职业技术学院电子信息工程系,安徽淮北　２国网濉溪县供电公司,安徽淮北　２１．３５０００;２．３５０００摘要:近年来,智能小车在危险恶劣环境下替代有人系统,从事探测救灾等工作取得令人满意的效果,基于超声波技术的智能小车测距避障技术是通过超声波测距避障理论基础及计算公式,设计出超声波发送及接收的硬件电路及测距避障的软件框图,经试验超声波测距避障技术在智能小车上应用非常成功.关键词:超声波;智能小车;测距避障

()中图分类号:TP２７３　　　文献标识码:A　　　文章编号:１６７１Ｇ８２７５２０１６０２Ｇ０１３３Ｇ０２０　引言

运行在指定轨道上的智能小车有可能会遇到各种设定的障碍物,在智能小车的控制中需要设置相应的避障系统,以便使智能小车在遇到种种未知障碍时能够绕开并继续前进,达到小车智能避障的目的.１　超声波测距避障原理

超声波是频率比声波高的一种机械振荡波,其频率在根据其振动方向２０KHZ以上.超声波和其他机械波一样,和波的传递方向的关系可分为横波和纵波两种.超声波的传播介质可以是固体、液体甚至气体,但是它在不同的介质中的传播速度不同,同时受环境温度影响也较大,比如常温下超声波在空气中的传播速度随温度每升高１℃增超声波在常见介质中的传播速度表１所示.

表１

介质空气(１５℃)空气(２５℃)

软木蒸馏水(２５℃)煤油(２５℃)

将电脉冲转变为超音频的机械振动以超声波的形式在空气中传播,若超声波探测仪的前方有障碍物时,超声波会被障碍物反射回来.由于换能器是可逆的,将接收到反射回来的机械振动转换为电压脉冲.用计时电路测定超声波在液体中的来回时间,便可以计算出障碍物距离换能器的距离.下面介绍计算距离的方法:

超声波在空气中传播时,传播速度会受到环境温度影/以环境温度为１０．１８％,５℃时的声速为３４０ms为基准.)当环境温度为T℃时声速v声可由下式(求得;１Ｇ１

)v声＝(T－１５４０×０．００１８＋３４０×３

()１Ｇ１

响.由前文可知环境温度每升高１℃,传播速度增加

则当换能器接收到机械波时,小车与障碍物之间的距)离由下式(求得,１Ｇ２

３４０t[３４０＋０．６１２(T－１５)－v平]

６８０＋１．２２４(T－１５)－v平

加０．在水中常温下温度每升高１℃,速度增加０．１８％;３％.

S２＝

()１Ｇ２

超声波在常见介质中的传播速度

/)速度(ms３４０３４６１４９７１３２４５００

介质海水铜(棒)大理石铝(棒)铁(棒)

/)速度(ms１５３１３７５０３８１０５０００５２００

２　智能小车超声波测距的硬件电路设计

常用的测距方法有红外测距、激光测距及超声波测距.本设计中采用类似于雷达的工作原理的超声波测量距离.超声波传感器组成包括超声波发射部分和超声波接收部分,下面分别就这两部分的硬件电路设计分别予以介绍.

２．１　超声波发射部分的硬件电路设计

超声波发射部分的换能器选用T设计换CT４０－１６T,

利用压电晶体既可以做超声波发生器,发出超声波,还可以做超声波接收器,检测反射回来的超声波,通过一定的电路给换能器加一个时间极短的电压脉冲,换能器便

　　收稿日期:２０１５Ｇ０１Ｇ２０

能器发出的信号为４多谐振荡器产生这样的０kHZ的方波,信号让具备负压电效应(又叫电致伸缩效应)的换能器产生超声波.由５５５定时器组成的超声波发生电路如图１所示.

(、本文系安徽省教育厅质量工程项目“现代电子技术实训(实验)中心”编号:汽车电子技术特色专业(编号:　　基金项目:２０１３sxzx０３３)

)、()淮北职业技术学院质量工程项目“卓越汽车电子工程师人才教育培养计划”编号:阶段性研究２０１３tsz０６０２０１４zh－０１yjj成果.

),周明江(男,安徽宿松人,电气工程师,研究方向为汽车电子技术专业教学与研究;　　作者简介:１９８０Ｇ

),刘永梅(女,安徽淮北人,工程师,研究方向为电气工程技术.１９７６Ｇ

􀅰１３３􀅰

/超声波测距避障技术在智能小车上的应用研究周明江１,刘永梅２

图１　发射器电路图

由图可知,节可变电阻５５５定时器产生的振荡频率由R１４决定,

调单片机的P１R．３１４引脚和,使振荡５５频５率输入端相连为４０kHZ,.使得能够通过单片用一个或非门将机P１．３引脚控制超声波的发射.另外两个超声波发射器的发射分别由引脚控制.

．２　超声波接收部分的硬件电路设计P１．４引脚和P１．５上文中的超声波换能器在空气中传播,遇到障碍物便T会C返T４回０－１.遇６T发射的超声波

到反射波的换能器TCT４０－１６R将其转换成电信号,由于该电压的为量级,极其微弱,还需功率放大电路进行放大,同时也需m比V较器及控制电路等环节.具体硬件电路设计图如图所示.

２

图２　接收器电路图

使用第一级放大倍数为LM３１８组成两级放大电路对输出信号进行放大,

滑动滑动变阻器R２２２０,的滑键改变放大倍数第二级放大倍数可以为,两１级~放２０大,通过倍数最低为足够放大２０.

,最高位４００,能使接收器接收到的微弱信号得到滤波、检波及选频等功能由LM５６７来完成.在M５６７电路中电容C１３调节平衡抗干扰性能与反应速度;电容C１２影响锁相环接收器的接收带宽;电容入信号的幅值;可变电阻在４０Hz

.因此当超声波接收部分的输入大于设定值时R２４和C１４将锁相环中心频率锁C１１输,􀅰１３４􀅰

输出引脚就会产生一个下降沿信号,该信号通过P１．６引脚(另外两个超声波接收器分别连接脚)传送至单片机.通过单片机分P析１、．７引脚和处理并完P成２．相５引应动作.

３　测距避障模块程序设计

智能小车的测距避障模块程序流程图如图３所示.

图３　智能小车的测距避障模块程序流程图

４　结束语

采用超声波测距避障响应速度快,软硬件实现较为容易,应用于智能小车能取得良好的效果.参考文献:

[１]　张国旭,张雅静．智能电动小车超声波测距定位系统的设计[[２]　苏敏梁银丽J]．煤矿机械,,汪道辉．２基于路径记忆算法的智能小车０１１(１):,

３１Ｇ３２．

控制系统的设计[６４Ｇ６８．

J]．哈尔滨理工大学学报,２０１１(１)

:[３]　GSUOJianming,ZHANGShouin,XUJia,ZHOUOhbesntgachlueAi．KvaolimdaannPcerfeodricItnitoenBlliapesnetVdVg

eFhiHcleosfD[Cy]namicIanntdSernyastitoenmalMCoodenlfienrg

．２０１０g

en,２c０e１０on．ComputerApplication[４]　王晶理工大学．智能小车运动控制技术的研究[,２００９．

D]．武汉:武汉[５]　苏敏,

梁银丽,汪道辉控制系统的设计[．基于路径记忆算法的智能小车６４Ｇ６８．

J]．哈尔滨理工大学学报,２０１１(１)

:责任编辑:力　草

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