CN103760563B - 近距离避障系统用的超声测距定位仪 - Google Patents

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Abstract

近距离避障系统用的超声测距定位仪，本发明采用双超声波接收器，使得系统可以同时测量出在其运行平面前方近距离内所有物体位置的二维坐标，从而可以使近距离避障系统用快速的选择出一条最优的避障路线。

Description

近距离避障系统用的超声测距定位仪
技术领域
本发明涉及超声波定位，具体涉及近距离避障系统用的超声测距定位仪。
背景技术
在近距离避障系统中常使用超声波来测定障碍物与物体间的距离，在常用的超声波避障系统中只使用单个发射器和单个接收器，这样只能测量出障碍物与物体间的距离，障碍物与物体之间的角度信息并不能测量出来。对于只具有单个障碍物分布的情况，仅靠距离数据控制器就可以选择出避障路径。但当物体近距离处同时出现多个障碍时，由于没有障碍物具体分布的角度信息，控制器就无法选择出一条正确的避障路径。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种近距离避障系统用的超声测距定位仪，本发明采用双超声波接收器，使得系统可以同时测量出在其运行平面前方近距离内所有物体位置的二维坐标，从而可以使近距离避障系统用快速的选择出一条最优的避障路线。
本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：近距离避障系统用的超声测距定位仪，设有单片机控制器，其中S1、C3、R1组成控制器的复位电路，C1、C2、Y1组成控制器外部振荡电路，给控制器提供时钟信号，两个超声波接收器分别与单片机控制器的P3.2脚和P3.3脚连接，超声波发射器与单片机控制器的P3.1脚连接，数字温度传感器的输出端与P3.0脚连接，两个超声波接收器接收到超声波发射器发射出的超声波，并向P3.2脚和P3.3脚处输出一个脉冲信号，单片机控制器处理两个脉冲信号，组成一个二维的探测系统；所述的超声波发射器中设有超声波发射电路，超声波发射电路中设有由芯片U3、芯片U4、电容C4、可调电阻R4、电阻R5组成可控振荡电路，芯片U4的T60-T引脚为振荡电路的控制端口，并与单片机控制器的P3.1脚连接，振荡电路的输出信号经电阻R3、三极管Q1组成的放大电路放大后驱动超声波发射器发射超声波。
本发明所述的单片机控制器为AT89S52单片机。
本发明所述的单片机控制器连接有LED显示器。
本发明有益效果为：
1、单个发射器可以保证两个接收器所探测到的所有超声波信号都是在同一时间和同一地点所发射。采用两个超声波接收器，可以组成一个二维的探测系统，从而使得系统可以测量出前方物体的二维坐标。
2、温度传感器可以测量出环境的温度，根据温度就可以对声速进行补偿，从而提高测量的精度。
3、利用超声波特性、单片机控制、电子计数相结合以此来提高测量精度，实现物体的精准定位、方便使用。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的单片机控制器的电路图；
图3为本发明的超声波接收器的右接收电路图；
图4为本发明的超声波接收器的左接收电路图；
图5为本发明的超声波发射器的电路图；
图6为本发明的数字温度传感器的超声波测温电路图；
图7为本发明的测温原理图；
图8为本发明的LED显示器的超声波显示电路图；
图9为本发明的定位原理图。
具体实施方式
如图1所示，近距离避障系统用的超声测距定位仪，超声波发射器与单片机控制器的P3.1脚连接，数字温度传感器的输出端与P3.0脚连接，两个超声波接收器接收到有超声波发射器发射出的超声波，向P3.2脚和P3.3脚处输出一个脉冲信号，单片机控制器处理脉冲信号，组成一个二维的探测系统。
图2为控制器的最小工作系统，其中S1、C3、R1组成控制器的复位电路，C1、C2、Y1组成控制器外部振荡电路，给控制器提供时钟信号。复位电路和时钟电路保障了控制器的正常运行。采用STC89系列单片机作为控制器，用12864液晶屏显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。
本系统包含两路超声波接收器，超声波接收器由超声波探头（T60-16RR或T60-16RL）和超声波检测电路（有除探头外的所有元件组成）两部分组成，在超声波探头T60-16RR或T60-16RL接收到有发射器发射出的超声波是会在相应的T60-RL和T60-RR引脚处输出一个脉冲信号，此引脚连接到控制器上，并由控制器处理脉冲信号。双接收器的结构可以组成一个二维的探测系统，从而使得系统可以测量出前方物体的二维坐标。具体电路如图3图4所示。超声波接收电路采用CX20106A作为控制芯片，其1脚和4脚与声波接收端T60-16RR或者T60-16RL一端连接，一另端接地，其2脚通过电阻R6和电容接地，其3脚通过电容C9接地，其5脚与电阻R7连接后的电阻端，电阻端与8脚一起连接在电源上，其6脚连接电容C11后接地，其7脚通过电阻R8与单片机控制器的T60-RR端连接，电阻R8和T60-RR端之间通过电C10接地，7脚与电阻R8之间的电阻端通过电阻R9接到R7的电阻端。
如图5所示，超声波发射器的超声波发声电路中，U3、U4、C4、R4、R5组成可控振荡电路，U4的T60-T引脚为振荡电路的控制端口，连接控制器后可由控制器控制振荡器是否工作。振荡器的输出经R3、Q1组成的放大电路放大后驱动超声波发射器T60-16T发射超声波。在一次测量中，单个发射器可以保证两个接收器所探测到的所有超声波信号都是在同一时间和同一地点所发射。这测量原理中所要求的。
如图6所示，数字温度传感器可以测量出环境的温度，根据温度就可以对声速进行补偿，从而提高测量的精度。
如图7所示，数字温度传感器采用DS18B20传感器，其中，P为预置，SA为斜率累加器，LTCC为低温系数晶振，C1为计数器1，C为比较，TR为温度寄存器，HTCC为高温系数晶振，C2为计数器2。图中低温度系数品振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55％所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时。温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
定位原理如图9所示： 超声波探头T60-16RR和超声波发射器T60-T位于R1位置处，超声波探头T60-16RL位于R2处，R1和R2间的距离为。控制系统通过控制发射器的工作和检测接收器的脉冲信号，可以测量出超射波从R1传播到物体M处再返回到R1处的时间和超射波从R1传播到物体M处再返回到R2处的时间。通过数学推导可以得到：
其中为空气中超射波传输的速度，通过以上的式子就可以将物体M在坐标系中的位置x和y分别求出来。根据三角形的稳定性，上述方法同样适用于多个物体的情况。
LCD显示屏主要用于显示输出定位和测距的结果，显示内容有：测出的物体个数和每个物体的X,Y坐标值。

Claims (3)

1.近距离避障系统用的超声测距定位仪，设有单片机控制器，其中S1、C3、R1组成控制器的复位电路，C1、C2、Y1组成控制器外部振荡电路，给控制器提供时钟信，其特征在于：两个超声波接收器分别与单片机控制器的P3.2脚和P3.3脚连接，超声波发射器与单片机控制器的P3.1脚连接，数字温度传感器的输出端与P3.0脚连接，两个超声波接收器接收到超声波发射器发射出的超声波，向P3.2脚和P3.3脚处输出一个脉冲信号，单片机控制器处理两个脉冲信号，组成一个二维的探测系统；所述的超声波发射器中设有超声波发射电路，超声波发射电路中设有由芯片U3、芯片U4、电容C4、可调电阻R4、电阻R5组成可控振荡电路，超声波接收电路采用CX20106A作为控制芯片，其1脚和4脚与声波接收端T60-16RR或者T60-16RL一端连接，一另端接地，其2脚通过电阻R6和电容接地，其3脚通过电容C9接地，其5脚与电阻R7连接后的电阻端，电阻端与8脚一起连接在电源上，其6脚连接电容C11后接地，其7脚通过电阻R8与单片机控制器的T60-RR端连接，电阻R8和T60-RR端之间通过电C10接地，7脚与电阻R8之间的电阻端通过电阻R9接到R7的电阻端，芯片U4的T60-T引脚为振荡电路的控制端口，并与单片机控制器的P3.1脚连接，振荡电路的输出信号经电阻R3、三极管Q1组成的放大电路放大后驱动超声波发射器发射超声波；
利用超声测距定位仪进行测距的方法为：超声波探头T60-16RR和超声波发射器T60-T位于R1位置处，超声波探头T60-16RL位于R2处，R1和R2间的距离为；
控制系统通过控制发射器的工作和检测接收器的脉冲信号，可以测量出超射波从R1传播到物体M处再返回到R1处的时间和超射波从R1传播到物体M处再返回到R2处的时间；
通过数学推导可以得到：
其中为空气中超射波传输的速度，通过以上的式子就可以将物体M在坐标系中的位置x和y分别求出来。
2.如权利要求1所述的近距离避障系统用的超声测距定位仪，其特征在于：所述的单片机控制器为AT89S52单片机。
3.如权利要求1所述的近距离避障系统用的超声测距定位仪，其特征在于：所述的单片机控制器连接有LED显示器。
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