超聲波測(cè)距系統(tǒng)中單片機(jī)的應(yīng)用

引言

　　在自主行走機(jī)器人系統(tǒng)中，機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)在未知和不確定環(huán)境下行走，必須實(shí)時(shí)采集環(huán)境信息，以實(shí)現(xiàn)避障和導(dǎo)航，這必須依靠能實(shí)現(xiàn)感知環(huán)境信息的傳感器系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。視覺(jué)、紅外、激光、超聲波等傳感器都在行走機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。由于超聲波測(cè)距方法設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、體積小、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量距離、測(cè)量精度等方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文所介紹的機(jī)器人采用三方超聲波測(cè)距系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為機(jī)器人識(shí)別其運(yùn)動(dòng)的前方、左方和右方環(huán)境而提供關(guān)于運(yùn)動(dòng)距離的信息。

　　1　超聲波測(cè)距原理

　　超聲波發(fā)生器內(nèi)部由兩個(gè)壓電片和一個(gè)共振板組成。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，且其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩極間未加外電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，就成為超聲波接收器。超聲波測(cè)距一般有兩種方法：①取輸出脈沖的平均電壓值，該電壓與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)量距離；②測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔t,根據(jù)被測(cè)距離s=vt?2來(lái)得到測(cè)量距離，由于超聲波速度v與溫度有關(guān)，所以如果溫度變化比較大，應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?/font>

　　本測(cè)量系統(tǒng)采用第二種方法，由于測(cè)量精度要求不是特別高，所以可以認(rèn)為溫度基本不變。

　　本系統(tǒng)以PIC16F877單片機(jī)為核心，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)其對(duì)外圍電路的實(shí)時(shí)控制，并提供給外圍電路所需的信號(hào)，包括頻率振動(dòng)信號(hào)、數(shù)據(jù)處理信號(hào)等，從而簡(jiǎn)化了外圍電路，且移植性好。系統(tǒng)硬件電路方框圖見(jiàn)圖1。

　　由于本系統(tǒng)只需要清楚機(jī)器人前方、左方、右方是否有障礙物，并不需要知道障礙物與機(jī)器人的具體距離，因此不需要顯示電路，只需要設(shè)定一距離閥值，使障礙物與機(jī)器人的距離達(dá)到某一值時(shí)，單片機(jī)控制機(jī)器人電機(jī)停轉(zhuǎn)，這可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)。

　　2　超聲波發(fā)射電路

　　超聲波的中心頻率為40kHz,該頻率可以通過(guò)以下程序產(chǎn)生（部分源程序）：