第二章超声波测距系统分析
超声波测距系统
超声波测距系 统
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引言
目录
系统设计
引言
超声波测距是一种非接触式的测 量方法，具有精度高、可靠性强、
对环境适应性强等优点
本设计以51单片机为核心，利用 超声波传感器进行距离测量，实 现成
本系统主要由51单片机、超声波传感器、显示模块和电源模块组成
电路连接
系统设计
将超声波传感器的Trig和 Echo分别连接到51单片机的 P1.0和P1.1口 将LCD显示屏的RS、RW和E分 别连接到51单片机的P0.0、 P0.1和P0.2口
电源模块通过杜邦线连接到 51单片机和超声波传感器： 为它们提供工作电压
系统设计
软件设计
主要步骤
初始化：包括初始化LCD显示屏和超声波传感器 发送超声波：通过51单片机的P1.0口发送一个10微秒的脉冲信号，触发超声波传感器 发送超声波
THANKS
系统设计
接收回声：超声波传感器接 收到回声后，通过P1.1口将 信号发送到51单片机
计算距离：51单片机接收到 回声信号后，根据超声波传 感器的工作原理，计算出距 离
显示结果：将计算出的距离 通过LCD显示屏显示出来
系统设计
主要代码
由于代码较长，这里只给出部分关键代码，具体可以参考以下示例代码
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51单片机：作为系统的核心，负责处理和发送超声 波传感器的信号，并控制显示模块显示距离信息
超声波传感器：采用HC-SR04型号，该传感器具有测 量范围广、精度高等优点。其工作原理是利用超声 波的回声进行距离测量 显示模块：采用LCD显示屏，用于实时显示测量得到 的距离信息 电源模块：为整个系统提供稳定的工作电压
超声波测距系统的设计详解
超声波测距系统的设计详解超声波测距系统是一种基于超声波测量原理进行距离测量的系统。
它利用超声波在空气中的传播速度较快且能够穿透一定程度的障碍物的特点，通过向目标物体发射超声波并接收反射回来的波形信号，从而计算出目标与传感器之间的距离。
下面将详细介绍超声波测距系统的设计过程。
首先，超声波测距系统的设计需要明确测量的范围和精度要求。
根据需求确定测量距离的最大值和最小值，以及所需的测量精度。
这将有助于选择合适的超声波传感器和测量方法。
其次，选择合适的超声波传感器。
超声波传感器一般包括发射器和接收器两部分，发射器用于发射超声波，接收器用于接收反射回来的波形信号。
传感器的选择应考虑其工作频率、尺寸、功耗等因素。
一般来说，工作频率越高，测距的精度越高，但传感器的尺寸和功耗也会增加。
接下来是超声波信号的发射和接收电路的设计。
发射电路负责产生超声波信号，并将其发送到目标物体上。
接收电路负责接收反射回来的波形信号，并将其转换成可用的电信号。
发射电路常采用谐振频率发射，以提高发射效率和功耗控制。
接收电路则需要设计合适的放大和滤波电路，以增强接收到的信号并去除噪声。
然后是超声波信号的处理和计算。
接收到的波形信号需要进行模数转换和数字信号处理，以获取目标物体与传感器之间的距离。
常见的处理方法包括峰值检测、时差测量、相位比较等。
峰值检测法通过检测波形信号的峰值来判断目标距离；时差测量法通过测量发射和接收信号之间的时间差来计算距离；相位比较法通过比较两个信号的相位差来测量距离。
最后是系统的校准和调试。
校准是调整测距系统的参数，使其达到预定的测量精度。
常见的校准方法包括距离校准和零位校准。
调试是对整个系统进行功能和性能测试，确保其正常工作。
在调试过程中需要注意测距系统与其他系统的干扰和噪声问题，并进行相应的抑制和滤波处理。
总之，超声波测距系统的设计涉及到传感器选择、电路设计、信号处理和系统调试等多个方面。
合理的设计和调试能够保证系统的稳定性和可靠性，从而满足测量的要求。
超声波测距原理解读
超声波测距原理解读超声波测距技术是一种利用超声波波长短、传播速度常数和反射特性进行距离测量的方法。
它在工业、医疗、汽车等领域得到广泛应用。
本文将对超声波测距原理进行解读，帮助读者更好地理解和使用这一技术。
一、超声波测距原理超声波是频率高于人类可听到范围的声波，其频率通常在20kHz到1GHz之间。
超声波在物体表面产生反射时，可以通过测量反射的时间和传播速度来计算物体与探测器之间的距离。
超声波测距原理主要包括以下几个方面：1. 发射与接收：超声波测距系统通常由一个发射器和一个接收器组成。
发射器产生超声波信号，将其发射到目标物体上，并且能够接收目标物体反射回来的信号。
接收器会将接收到的信号转化为电信号。
2. 时间测量：通过测量发送信号出发后到接收到反射信号的时间间隔，可以计算出声波信号的往返时间。
3. 距离计算：在测得往返时间后，根据声波在空气中的传播速度（约为343米/秒），就可以通过简单的数学公式计算出物体与探测器之间的距离。
4. 精度与误差消除：超声波测距系统的精度受多种因素的影响，如探测器的精度、环境温度、气压等。
在实际应用中，可以采取一系列措施来减小误差，提高测量的准确性。
二、超声波测距应用领域超声波测距技术由于其高精度、长测距范围和对目标物体材质的适应性而得到广泛应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 工业领域：在工业自动化控制中，超声波测距技术广泛应用于液位测量、物体定位、堆垛机导航等。
通过测量物体与传感器之间的距离，可以实现自动控制和避免碰撞。
2. 医疗领域：在医疗领域，超声波测距技术被用于超声诊断、超声治疗和体外诊断等。
超声波可以穿透人体组织，通过测量声波传播时间和反射强度，可以获取关于器官结构、病变情况等信息。
3. 汽车领域：超声波测距技术在汽车倒车雷达系统中得到了广泛应用。
借助超声波传感器，汽车可以实时监测后方障碍物的距离，并发出警示信号，提高驾驶安全性。
4. 安防领域：超声波测距技术也被应用于安防系统中。
超声波测距系统的设计
超声波测距系统的设计引言：一、硬件设计：1.选择传感器：超声波传感器是测距系统的核心部件，通常采用脉冲法进行测量。
在选择传感器时，应考虑工作频率、测量范围、精度和稳定性等参数，并根据实际需求进行选择。
2.驱动电路设计：超声波传感器需要高频信号进行激励，设计驱动电路时需要根据传感器的工作要求来设计合适的电路，保证信号稳定且能够满足传感器的工作需求。
3.接收电路设计：超声波传感器产生的脉冲回波需要经过接收电路进行信号放大和滤波处理，设计接收电路时需要考虑信号放大的增益、滤波器的截止频率以及抗干扰能力等因素。
4.控制板设计：控制板是超声波测距系统中的核心控制器，负责控制测距过程、数据处理以及通信等功能。
在设计控制板时，应根据系统的要求选择合适的微控制器或单片机，并设计合理的电路布局和电源电路。
二、软件编程：1.驱动程序开发：根据传感器的规格书和数据手册，编写相应的驱动程序，实现对超声波传感器的激励和接收。
2.距离计算算法开发：通过测量超声波的往返时间来计算距离，根据声速和时间的关系进行距离计算，并根据实际情况对计算结果进行修正。
3.数据处理和显示：根据实际需求，对测量得到的距离进行处理，并将结果显示在合适的显示设备上，如LCD屏幕或计算机等。
4.数据通信：如果需要将测量结果传输至其他设备或系统，则需要编写相应的数据通信程序，实现数据的传输和接收。
三、系统测试与优化：1.测试传感器性能：测试测距系统的稳定性、精度和灵敏度等性能指标，根据测试结果对系统参数进行优化和调整。
2.系统校准：超声波测距系统可能受到环境温度、湿度和声速等因素的影响，需要进行校准以提高测量精度。
3.系统集成与实际应用：将超声波测距系统与实际应用场景进行集成，进行实际测试和验证。
总结：超声波测距系统的设计包括硬件设计和软件编程两个方面，其中硬件设计主要包括传感器选择、驱动电路设计和接收电路设计等；软件编程主要包括驱动程序开发、距离计算算法开发、数据处理和显示以及数据通信等。
超声波测距系统(论文设计)正文、结论、参考文献等
1 绪论1.1 超声波技术的广泛应用超声的研究和发展，与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。
1883年Galton 首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动圆形刀口振动形成共振腔，从而产生超声。
此后又出现了各种形式的汽笛和液哨等机械型超声换能器。
由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今仍广泛地用于超声处理技术中。
20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。
1917年，法国物理学家Paul Langevin用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。
随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型等多种超声换能器。
材料科学的发展，使得应用广泛的压电换能器也由天然压电晶体发展到机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜(PVDF)[1]等。
产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。
产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。
如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷达、电子通信和成像技术等方面。
利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。
由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。
超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。
它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量[2]等。
超声波测距系统的研究与实现
超声波测距系统的研究与实现一、本文概述超声波测距系统是一种非接触式的距离测量技术，它利用超声波在空气中的传播速度以及回波接收时间来计算目标物体的距离。
由于其具有测量准确、响应速度快、无需直接接触目标物体等优点，超声波测距系统被广泛应用于各种工业、军事和民用领域，如机器人导航、车辆倒车雷达、障碍物检测等。
本文旨在深入研究和实现超声波测距系统，包括其基本原理、硬件设计、软件编程以及实际应用等方面。
我们将首先介绍超声波测距的基本原理和关键技术，然后详细阐述系统的硬件设计和软件编程过程，包括超声波发射器、接收器、微处理器等关键部件的选择和配置，以及信号处理算法的实现。
我们将通过实际测试和应用案例来验证系统的性能和可靠性，并探讨其在实际应用中的优缺点和改进方向。
通过本文的研究和实现，我们希望能够为超声波测距系统的设计和应用提供有益的参考和借鉴，推动该技术的进一步发展和应用。
二、超声波测距原理及关键技术超声波测距系统是一种非接触式的距离测量技术，其基本原理是利用超声波在空气中的传播速度以及传播时间来计算距离。
当超声波发射器发出超声波信号后，这些声波在空气中传播，遇到障碍物后被反射回来，被接收器接收。
由于超声波在空气中的传播速度（约为340米/秒）是已知的，因此可以通过测量发射和接收超声波信号之间的时间差来计算超声波信号传播的距离，从而得到发射器与障碍物之间的距离。
超声波发射与接收技术：超声波发射器通常采用压电陶瓷换能器，其能够将电能转换为机械能，从而发出超声波信号。
接收器则同样使用压电陶瓷换能器，将接收到的超声波信号转换为电信号进行处理。
信号处理技术：接收到的超声波信号往往受到环境噪声的干扰，因此需要进行信号滤波和放大，以提高信号的信噪比。
还需要对信号进行阈值判断，以确定超声波信号的起始和结束时间，从而准确计算时间差。
时间测量技术：时间测量的准确性直接影响到测距的精度。
常用的时间测量方法包括阈值法和渡越时间法。
超声波测距系统的设计与实现
超声波测距系统的设计与实现随着智能时代的到来，无线通信技术和嵌入式系统逐渐发展成熟，超声波测距技术在环境监测、垃圾桶管理、智能家居等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍一种基于超声波测距系统的设计和实现，着重分析其原理、硬件组成和软件实现。
一、原理超声波测距系统是利用超声波的特性，将发射的超声波传播到目标物体表面，接收反射回来的超声波，并根据反射时间来计算目标物体与传感器之间的距离。
其原理如下：1、发射超声波：超声波模块通过震动超声电池晶片产生超声波信号，然后将信号从超声波头发射出去。
2、接收超声波：当超声波信号遇到目标物体，部分能量被目标物体反射回来，传感器接收到反射波并将其转换成电信号。
3、处理超声波：超声波信号由微控制器进行数字信号处理，根据信号的时间差计算出目标物体与传感器的距离。
二、硬件组成1、超声波模块：用于发射和接收超声波信号，并将信号转换成电信号。
2、微控制器：负责对超声波信号进行处理和计算，以及控制其他硬件模块。
3、LED显示器：用于显示距离测量结果。
4、电源模块：用于提供系统的电力供应。
三、软件实现1、初始化：系统启动后，需要对超声波模块、LED显示器、微控制器进行初始化操作，其中包括对端口、引脚、参数等进行设置。
2、读取超声波数据：使用中断方式，不断读取超声波模块返回的数据，并进行处理，得到目标物体与传感器之间的距离。
3、显示：通过LED显示器将距离结果以数字形式展现出来。
四、实验结果通过实验，我们得到了如下数据：当超声波信号发射距离为1m时，所得到的反射信号需要经过1/17000秒才能被传感器接收到，因此在算法中将发射和反射的时间除以2，即可得到目标距离为0.08529m，与实际测量值0.087m误差在5%以内，满足实际应用需求。
五、总结本文基于超声波测距技术实现了一种具有实用价值的测距系统。
该系统硬件模块包括超声波模块、微控制器、LED显示器和电源模块，软件方面主要实现了对数据的读取、处理和显示。
超声波测距系统设计
超声波测距系统设计一、设计原理超声波测距原理基于声波的传播速度和时间的关系。
声波在空气中传播的速度约为343m/s。
当声波发射到目标物体上后，部分声波会被目标物体反射回来。
通过测量声波从发射到接收的时间差，再乘以声速即可计算出目标物体与传感器的距离。
二、硬件设计1.超声波发射器：超声波发射器是实现超声波测距的关键部件，它负责产生超声波脉冲并将其发射出去。
常用的超声波发射器是压电传感器，它具有快速响应、高灵敏度等特点。
2.超声波接收器：超声波接收器用于接收从目标物体反射回来的超声波，并将其转化为电信号。
同样，压电传感器也可以用作超声波接收器。
3.控制电路：控制电路负责控制超声波发射器和接收器的工作。
例如，它可以通过控制超声波发射器的工作时间来产生超声波脉冲。
同时，控制电路还需要接收超声波接收器输出的电信号，并通过计时器来测量声波从发射到接收的时间差。
4.显示屏：显示屏用于显示测距结果，通过显示屏可以直观地观察到目标物体与传感器的距离。
三、软件设计1.信号处理：在接收到超声波接收器输出的电信号后，需要对信号进行处理。
通常情况下，控制电路会将接收到的信号由模拟信号转换为数字信号。
然后，可以使用特定的算法对数字信号进行处理，例如滤波、峰值检测等，以获取稳定的距离数据。
2.距离计算：根据声波从发射到接收的时间差和声速，可以计算出目标物体与传感器的距离。
计算公式为：距离=速度×时间差。
3.结果显示：最后，将计算得到的距离结果显示在屏幕上，用户可以直接观察到距离结果。
四、总结超声波测距系统是一种简单、实用的测距技术。
通过合理的硬件设计和严密的软件设计，可以实现可靠、准确的测距功能。
同时，超声波测距系统还具有成本低、测量范围广等优点，被广泛应用于自动控制、车辆定位和智能机器人等领域。
超声波测距(高度定位控制和测量系统)3图俱全
目录摘要 (2)第一章系统总体设计方案 (4)1.1 超声波测距原理 (4)1.2 超声波测距系统 (4)第二章系统的硬件设计 (5)2.1 超声波发生电路 (5)2.2 超声波接收电路 (6)2.3 温度的补偿 (8)2.4 LED动态显示电路 (8)第三章系统软件设计 (9)3.1 主程序结构 (10)3.2 中断程序结构 (11)3.3回波接收程序 (11)第四章误差分析 (12)4.1.时间误差 (12)4.2.超声波传播速度误差 (12)第五章调试 (12)第六章整机原件清单 (13)第七章总结 (13)7.1设计任务完成情况 (13)7.2 心得体会 (14)参考文献 (15)附录一 (16)附录二 (17)附录三 (18)摘要高度定位控制和测量系统也就是我们常说的超声波测距。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
而电子技术及压电陶瓷材料的发展，使高度定位控制和测量系统得到了迅速的发展。
超声测距是一种非接触式的检测技术。
与其它方法相比，它不受光线、被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。
因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等有广泛应用。
特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨率，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。
关键字：传感器、测距、测量系统、设计、高度定位PICKHighly positioning control and measurement system is also we often say the ultrasonic ranging. Due to the strong, the energy consumption of ultrasonic directivity slowly in the medium of communication, distance, and is often used to measure the distance of ultrasonic, such as rangefinder and material level measurement instrument etc can all through the ultrasonic. And electronic technology and the development of piezoelectric ceramic materials, high positioning control and measuring systems have been developed rapidly.Ultrasonic ranging is a non-contact detection technologies. Compared with other methods, it is light and darkness, the analyte in dust, smoke, electromagnetic interference, toxic etc harsh environments have certain ability to adapt. Therefore, in robot control level measurement, vehicle navigation, automatic object recognition is widely used. Especially the application in the air, the air velocity range due to low, the echo signal along the direction of propagation of contains information on the structure, very easily with high resolution, and its accuracy is higher than other methods for, And the ultrasonic sensor has simple structure, small volume, the characteristic such as being reliable signal processing.Key words: sensor, and measurement system, the design, the high position第一章系统总体设计方案1.1 超声波测距原理超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
超声波测距实验报告
电子信息系统综合设计报告、~超声波测距仪&！{"目录摘要 (3)第一章绪论 (3)）设计要求 (3)理论基础 (3)系统概述 (4)第二章方案论证 (4)系统控制模块 (5)|距离测量模块 (5)温度测量模块 (5)实时显示模块 (5)蜂鸣报警模块 (6)第三章硬件电路设计 (6)*超声波收发电路 (6)温度测量电路 (7)显示电路 (8)蜂鸣器报警电路 (9)第四章软件设计 (10)】第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11)画PCB及制作 (11)焊接问题及解决 (11)软件调试 (11)实验总结 (12))附件 (13)元器件清单 (13)HC-SR04超声波测距模块说明书 (14)电路原理图 (16)PCB图 (16)（程序 (17)摘要—该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。
系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。
系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。
单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。
由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。
关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警第一章绪论1.1设计要求设计一个超声波测距仪，实现以下功能：(1)$(2)测量距离要求不低于2米；(3)测量精度±1cm；（3）超限蜂鸣器或语音报警。
1.2理论基础一、超声波传感器基础知识"超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。
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1超声波测距系统分析与硬件设计1.1传感器的选择红外传感器红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，便能判断是否存在障碍物，是一种比较有效的近距离传感器。
红外传感器具有以下特点:不受电磁波的干扰、可以实现非接触性测量。
而且，红外线不受可见光的影响，可在昼夜进行测量。
但由于发射的红外线容易受物体的颜色、周围的光线的影响，导致经常出现一定的测量误差，而且测距范围较小。
超声波传感器超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，在碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，超声波传感器就是根据超声波在物体界面上的反射、散射特性检测物体的存在与否。
超声波频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好，而且超声波传感器信息处理简单并且价格低廉，被广泛用在机器人测距，环境建模等任务中。
但超声波传感器受环境温度、湿度等条件的影响，且存在测量盲区，而且对于过大的障碍物可能发生镜面反射，所以超声测距时，所得测量值与实际值存在一定的误差。
1.2超声波传感器简介1.2.1超声波传感器超声传感器的种类很多，目前使用最多、最广泛的就是压电式超声波传感器。
本文所选用的是苏州品科电子有限公司生产的压电式收发分体超声波传感器TCT4Q-l OT/R，其工作原理如下所释。
其命名规则如下：TCT 40-10T/R 1(TC)压电陶瓷超声传感器(T)类别:T-通用性；F-防水性；(40)中心频率；（KHz）(10)外径：Ф(mm)(TR)使川方式：T-发射；R-接受；TR-收发兼用(1)产品序列号：1、2、3···具体实物，及外形尺寸如图1.1所示，单位是毫米。
图1.1 超声波传感器实物图及外形尺寸1.3提高超声波传感器测量精度的方法超声测距系统一般由微机控制、时间计测、超声波发送、接收和温度测量五个部分组成。
其中超声测距的关键问题是如何提高测量精度，常用的提高超声测距精度的方法有如下几种：（1）提高计时精度，减少时间计算误差。
例如选用专用的计时芯片，由d=c*Δt/2可知，计算距离时由时间造成的测距误差就越小；（2）选择合理超声波工作颜率、脉宽及脉冲发射周期。
根据超声波传感器说明书，超声测距的工作频率选择40kHz较为合适；激励脉冲以8到16个最为合适；（3）补偿温度对传播声速的影响。
温度对超声彼的传播速度有很大的影响，因此在高测量精度的需求下要对其进行补偿，温度对超声声速的补偿公式为：m/s，式中T为摄氏温度;（4）在接收回路中串入增益调节(AGC)。
因为超声反射回波在空气中传播时其幅值会逐渐减小，而且是呈指数形式衰减，所以采用AGC电路使放大倍数随测量距离的增大呈指数规律增加；（5）用红外传感器弥补盲区。
由于超声波传感器测距存在固有的盲区，为提高测量精度可用红外传感器检测盲区的物体信息。
3.4超声波传感器电路设计3.4.1单一超声波传感器的应用电路根据上文介绍，超声测距系统的核心外围部件是微机控制、超声波发送器和接收器，而且据文献介绍，超声波传感器发出的超声波频率采用40kHz，此时的声压能级及灵敏度最大，具有较好的传播性能。
因此超声测距原理本论文的超声测距系统框图如图 1.2所示。
图1.2超声波测距系统框图(1)超声波发射电路超声波发射电路具体电路如图1.3所示，主要用于产生超声波，即通过为超声换能器提供所需激励信号，并通过控制脉冲的引入达到控制超声换能器的目的。
其中启动发射器的激励脉冲不能过多和过少，过少则超声波容易在传播过程中发生衰减，检测性能下降，过多则发射波容易与其遇到障碍物后返回的接收波发生叠加，一般以8到16个脉冲为宜，脉冲发送时间间隔取决于要求测量的最大距离，例如:最大测量距离为5米时，间隔时间，实取t≥30ms，本文采用的控制脉冲频率为10HZ,高电平持续时间为0.2ms，即每次发出8个超声波。
图1.3 40K方波发射原理图及调制信号波形图（2）超声波接收电路超声波的接收电路如图1.4所示。
超声波换能器接在CX20106的1脚与地之间，反射信号经电容C1耦合后由1端输入，经过CX20106的自动偏置控制电路、前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检波、积分比较和施密特整形电路，最后从7脚输出脚中波形，输出的波形触发89052单片机的中断，然后通过计算渡越时间，最后计算得出障碍物的距离。
图1.4超声波的接收电路图(3)程序设计本系统采用STC89C52作为主控制器，将7脚输出信号接至89C52的T2EX，程序设计主要包括定时中断服务程序和T2中断服务程序。
整个程序设计的思路为：单片机P1.0管脚由T0控制发出周期性控制脉冲，以调制NE555产生的40K方波，控制信号结束一次发射，内部计数器T2开始计数，同时定时器T1开始计数盲区所需延时时间，盲区延时过后允许接收回波信号；若计数器在延时2ms内(距离约68cm没有T2中断响应，即没有回波信号，则重新发射信号；若计数器在延时范围内有T2中断发生，即7脚输出一个低脉冲，则在中断响应程序中停止计数，并将定时器2中的TL2和TH2当前值各自捕获到RCAP2L和RCAP2H中，再读取计数值，存放于数据缓冲器，计算距离，完成中断响应程序。
程序流程图如图1.5所示。
图1.5程序流程图1.4. 2多路超声波传感器的应用电路采用一路超声测距得到的小车信息量是远远不够的，所以在智能小车运行过程中应该采用多通道的测距。
因此，本文采用5通道超声波传感器测量智能小车的外部环境，5路超声波传感器分别测量小车左方、左前方、前方、右前方、右方障碍物的距离，传感器布局如图1.6所示。
图中半圆曲线表示的是车体的底板外形图，1-5代表了超声波传感器的安放位置，即沿圆周安放，在实际的安装过程中，是没能严格按照圆周排列的，这是由车体外形决定的。
图1.6 5路超声波传感器布局多通道超声测距的硬件电路设计如图1.7所示。
单片机通过控制多路选择开关CD4051决定5路通道的工作顺序。
CD4051相当于一个单刀开关，开关接通哪个通道，由地址码ABC的取值来决定。
将单片机的P2.5、P2.6、P2.7分别和A、B、C相连，依次选择通道顺序进行工作。
INH是输入控制引脚，低电平有效，也就是说该引脚输入逻辑低电平时，通道的选择状态由地址选择端A~C决定，该引脚输入逻辑高电平时所有通道关闭。
图中所示控制信号即是前文提到的l0HZ的控制脉冲，当控制脉冲为逻辑高电平时，NE555的3脚输出40K方波，同时控制脉冲经反相器反相后控制CD4051选择某一通道开始发射超声波。
当控制脉冲为逻辑低电平时，经反相施加在4051的引脚INH上，某通道的发射器发射完毕，并关闭所有通道，同时低电平复位NE555。
图1.7超声波循环发射电路循环接收电路同接收电路基本相同，同样采用CD4051，如图3.11所示。
接收电路和发射电路采用相同的地址控制信号:也就是说发射通道正好与接收通道一一对应，例如1号发射传感器与1号接收传感器相对应。
接收端CD4051的INH输入控制引脚由单片机P1.2控图3.11超声波循环接收电路制，当某通道的发射器脉冲发射完毕后，经过传感器的盲区延时后，P1.2输出低电平，CD4051接通对应通道接收反射回波。
低电平持续时间，即控制脉冲的低电平时间由测量的最大距离决定，在低电平这段时间内如果检测到回波信号，则停止计数器计数，读取计数值，再进入下一通道的发射与接收；如果没有检测到回波信号，则P1.2输出高电平禁止此通道再接收，并进入下一通道的发射与接收。
1.5红外传感器应用电路由于超声传感器存在固有测量盲区，对近距离内的障碍物无法检测，因此本文采用红外传感器弥补超声波传感器的测量盲区。
每一个红外传感器对应一对超声波传感器，处于超声波传感器的相同位置，即每一个红外接近开关的正下方就有一对超声波传感器。
红外传感器选用北京亿学通电子公司的红外避障传感器。
其外形如图1.8所示。
图1.8红外传感器这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。
其电气特性：工作电压为5V,工作电流为100mA检测距离为3~80CM，可以根据要求进行调节。
该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人中，流水线计件等众多场合。
红外传感器在检测到障碍物时输出高电平，反之，输出低电平，属于开关量范畴。
应用电路如图1.9所示。
从该电路中可以看出，有障碍物时输出高电平数值接近VCC，反之，输出接近0V的低电平。
图1.9红外传感器应用电路本文的测距系统综合采用了超声波传感器和红外传感器。
1.6数据的融合规则及系统结构设计由于一对超声波传感器无法全面、正确地感知小车所处的周围环境信息，所以本文采用5路超声波传感器测量周围障碍物的距离，又由于超声波传感器本身固有测量盲区，因此再使用红外传感器感知近距离内是否有障碍物。
多路超声波测距传感器系统工作流程如下：首先由NE555产生40K的方波，再经过脉冲调制信号调制后驱动传感器发出超声波，再由多路选择开关CD4051控制选择发射通道。
经过一定的盲区延时再打开对应的接收通道，当超声波接收端接收到由障碍物反射后的超声波后，通过红外处理芯片后送到单片机，即当CX20106捕捉到40 kHz的超声波后其输出引脚发生电平跳变，由高电平变为低电平，这个负跳变作为外部中断源引起单片机产生中断。
在中断服务程序中，停止定时器计数，其定时时间即为超声波从发射到接收的时间差Δt，再根据S=v*t /' 2就可以算出来测量的距离。
两种传感器数据的选择规则为：在每种传感器中，当红外传感器在其探测范围内已经探测到了障碍物，则以红外传感器的测量值作为该方向障碍物的探测值；若超声波传感器的最小值大于红外传感器的最大检测距离，则可忽略红外传感器的检测结果;若超声波探测值为其最大值，则实际距离障碍物很远。
本章对各路传感器的介绍，并结合本论文的硬件平台，系统的层次结构是基于特征层的，采用的拓补结构是集中式融合系统。
特征层融合在融合前必须先对特征进行处理，分成有意义的特征向量组合。
五路数据分别代表小车的周围环境，对数据进行特征提取后再进行信息融合，最后根据融合结构作出小车的动作指令，即分别对五路数据进行处理再进行数据融合，该结构的优点是计算量大小合理，信道压力小。
综上所述，程序流程图如图1.10所示。
图1.10系统总流程图3.7本章小结利用多传感器信息融合技术可以较全面的感知小车周围障碍物信息。
本章介绍了各种传感器的不同特点以及超声测距的原理，并详细说明了多传感器信息融合的数据来源，即多路传感器网络的硬件设计和程序流程，而且简单介绍了提高超声波测距的方法，由于本系统对精度要求不是很高，现有条件完全符合设计需求。