近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀的制作方法
【專利摘要】近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀，本發(fā)明采用雙超聲波接收器，使得系統(tǒng)可以同時(shí)測(cè)量出在其運(yùn)行平面前方近距離內(nèi)所有物體位置的二維坐標(biāo)，從而可以使近距離避障系統(tǒng)用快速的選擇出一條最優(yōu)的避障路線。
【專利說(shuō)明】近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波定位，具體涉及近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在近距離避障系統(tǒng)中常使用超聲波來(lái)測(cè)定障礙物與物體間的距離，在常用的超聲波避障系統(tǒng)中只使用單個(gè)發(fā)射器和單個(gè)接收器，這樣只能測(cè)量出障礙物與物體間的距離，障礙物與物體之間的角度信息并不能測(cè)量出來(lái)。對(duì)于只具有單個(gè)障礙物分布的情況，僅靠距離數(shù)據(jù)控制器就可以選擇出避障路徑。但當(dāng)物體近距離處同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)障礙時(shí)，由于沒(méi)有障礙物具體分布的角度信息，控制器就無(wú)法選擇出一條正確的避障路徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀，本發(fā)明采用雙超聲波接收器，使得系統(tǒng)可以同時(shí)測(cè)量出在其運(yùn)行平面前方近距離內(nèi)所有物體位置的二維坐標(biāo)，從而可以使近距離避障系統(tǒng)用快速的選擇出一條最優(yōu)的避障路線。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題的不足而采用的技術(shù)方案是:近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀，設(shè)有單片機(jī)控制器，其中S1、C3、R1組成控制器的復(fù)位電路，C1、C2、Y1組成控制器外部振蕩電路，給控制器提供時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)超聲波接收器分別與單片機(jī)控制器的P3.2腳和P3.3腳連接，超聲波發(fā)射器與單片機(jī)控制器的P3.1腳連接，數(shù)字溫度傳感器的輸出端與P3.0腳連接，兩個(gè)超聲波接收器接收到超聲波發(fā)射器發(fā)射出的超聲波，并向P3.2腳和P3.3腳處輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，單片機(jī)控制器處理兩個(gè)脈沖信號(hào)，組成一個(gè)二維的探測(cè)系統(tǒng)；所述的超聲波發(fā)射器中設(shè)有超聲波發(fā)射電路，超聲波發(fā)射電路中設(shè)有由芯片U3、芯片U4、電容C4、可調(diào)電阻R4、電阻R5組成可控振蕩電路，芯片U4的T60-T引腳為振蕩電路的控制端口，并與單片機(jī)控制器的P3.1腳連接，振蕩電路的輸出信號(hào)經(jīng)電阻R3、三極管Ql組成的放大電路放大后驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波。
[0005]本發(fā)明所述的單片機(jī)控制器為AT89S52單片機(jī)。
[0006]本發(fā)明所述的單片機(jī)控制器連接有LED顯示器。
[0007]本發(fā)明有益效果為:
1、單個(gè)發(fā)射器可以保證兩個(gè)接收器所探測(cè)到的所有超聲波信號(hào)都是在同一時(shí)間和同一地點(diǎn)所發(fā)射。采用兩個(gè)超聲波接收器，可以組成一個(gè)二維的探測(cè)系統(tǒng)，從而使得系統(tǒng)可以測(cè)量出前方物體的二維坐標(biāo)。
[0008]2、溫度傳感器可以測(cè)量出環(huán)境的溫度，根據(jù)溫度就可以對(duì)聲速進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高測(cè)量的精度。
[0009]3、利用超聲波特性、單片機(jī)控制、電子計(jì)數(shù)相結(jié)合以此來(lái)提高測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)物體的精準(zhǔn)定位、方便使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0010]圖1為本發(fā)明的原理框圖；
圖2為本發(fā)明的單片機(jī)控制器的電路圖；
圖3為本發(fā)明的超聲波接收器的右接收電路圖；
圖4為本發(fā)明的超聲波接收器的左接收電路圖；
圖5為本發(fā)明的超聲波發(fā)射器的電路圖；
圖6為本發(fā)明的數(shù)字溫度傳感器的超聲波測(cè)溫電路圖；
圖7為本發(fā)明的測(cè)溫原理圖；
圖8為本發(fā)明的LED顯示器的超聲波顯示電路圖；
圖9為本發(fā)明的定位原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示，近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀，超聲波發(fā)射器與單片機(jī)控制器的P3.1腳連接，數(shù)字溫度傳感器的輸出端與P3.0腳連接，兩個(gè)超聲波接收器接收到有超聲波發(fā)射器發(fā)射出的超聲波，向P3.2腳和P3.3腳處輸出一個(gè)脈沖信號(hào),單片機(jī)控制器處理脈沖信號(hào)，組成一個(gè)二維的探測(cè)系統(tǒng)。
[0012]圖2為控制器的最小工作系統(tǒng)，其中S1、C3、R1組成控制器的復(fù)位電路，C1、C2、Y1組成控制器外部振蕩電路，給控制器提供時(shí)鐘信號(hào)。復(fù)位電路和時(shí)鐘電路保障了控制器的正常運(yùn)行。采用STC89系列單片機(jī)作為控制器，用12864液晶屏顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器。
本系統(tǒng)包含兩路超聲波接收器，超聲波接收器由超聲波探頭(T60-16RR或T60-16RL)和超聲波檢測(cè)電路(有除探頭外的所有元件組成)兩部分組成，在超聲波探頭T60-16RR或T60-16RL接收到有發(fā)射器發(fā)射出的超聲波是會(huì)在相應(yīng)的T60-RL和T60-RR弓丨腳處輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，此引腳連接到控制器上，并由控制器處理脈沖信號(hào)。雙接收器的結(jié)構(gòu)可以組成一個(gè)二維的探測(cè)系統(tǒng)，從而使得系統(tǒng)可以測(cè)量出前方物體的二維坐標(biāo)。具體電路如圖3圖4所示。超聲波接收電路采用CX20106A作為控制芯片，其I腳和4腳與聲波接收端T60-16RR或者T60-16RL —端連接，一另端接地，其2腳通過(guò)電阻R6和電容接地，其3腳通過(guò)電容C9接地，其5腳與電阻R7連接后的電阻端，電阻端與8腳一起連接在電源上，其6腳連接電容Cll后接地，其7腳通過(guò)電阻R8與單片機(jī)控制器的T60-RR端連接，電阻R8和T60-RR端之間通過(guò)電ClO接地，7腳與電阻R8之間的電阻端通過(guò)電阻R9接到R7的電阻端。
[0013]如圖5所示，超聲波發(fā)射器的超聲波發(fā)聲電路中，U3、U4、C4、R4、R5組成可控振蕩電路，U4的T60-T引腳為振蕩電路的控制端口，連接控制器后可由控制器控制振蕩器是否工作。振蕩器的輸出經(jīng)R3、Q1組成的放大電路放大后驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器T60-16T發(fā)射超聲波。在一次測(cè)量中，單個(gè)發(fā)射器可以保證兩個(gè)接收器所探測(cè)到的所有超聲波信號(hào)都是在同一時(shí)間和同一地點(diǎn)所發(fā)射。這測(cè)量原理中所要求的。
[0014]如圖6所示，數(shù)字溫度傳感器可以測(cè)量出環(huán)境的溫度，根據(jù)溫度就可以對(duì)聲速進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高測(cè)量的精度。
[0015]如圖7所示，數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20傳感器，其中，P為預(yù)置，SA為斜率累加器，LTCC為低溫系數(shù)晶振，Cl為計(jì)數(shù)器1，C為比較，TR為溫度寄存器，HTCC為高溫系數(shù)晶振，C2為計(jì)數(shù)器2。圖中低溫度系數(shù)品振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器I。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器I和溫度寄存器被預(yù)置在-55%所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器I對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器I的預(yù)置值減到O時(shí)。溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器I的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器I重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到O時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器I的預(yù)置值。
[0016]定位原理如圖9所示:超聲波探頭T60-16RR和超聲波發(fā)射器T60-T位于Rl位置處，超聲波探頭T60-16RL位于R2處，Rl和R2間的距離為I?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)控制發(fā)射器的工作和檢測(cè)接收器的脈沖信號(hào)，可以測(cè)量出超射波從Rl傳播到物體M處再返回到Rl處的時(shí)間4和超射波從Rl傳播到物體M處再返回到R2處的時(shí)間七。通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得到:
【權(quán)利要求】
1.近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀，設(shè)有單片機(jī)控制器，其中S1、C3、R1組成控制器的復(fù)位電路，C1、C2、Y1組成控制器外部振蕩電路，給控制器提供時(shí)鐘信號(hào)，其特征在于:兩個(gè)超聲波接收器分別與單片機(jī)控制器的P3.2腳和P3.3腳連接，超聲波發(fā)射器與單片機(jī)控制器的P3.1腳連接，數(shù)字溫度傳感器的輸出端與P3.0腳連接，兩個(gè)超聲波接收器接收到超聲波發(fā)射器發(fā)射出的超聲波，向P3.2腳和P3.3腳處輸出一個(gè)脈沖信號(hào),單片機(jī)控制器處理兩個(gè)脈沖信號(hào)，組成一個(gè)二維的探測(cè)系統(tǒng)；所述的超聲波發(fā)射器中設(shè)有超聲波發(fā)射電路，超聲波發(fā)射電路中設(shè)有由芯片U3、芯片U4、電容C4、可調(diào)電阻R4、電阻R5組成可控振蕩電路，芯片U4的T60-T引腳為振蕩電路的控制端口，并與單片機(jī)控制器的P3.1腳連接，振蕩電路的輸出信號(hào)經(jīng)電阻R3、三極管Ql組成的放大電路放大后驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波。
2.如權(quán)利要求1所述的近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀，其特征在于:所述的單片機(jī)控制器為AT89S52單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的近距離避障系統(tǒng)用的超聲測(cè)距定位儀，其特征在于:所述的單片機(jī)控制器連接有LED顯示器。
【文檔編號(hào)】G01S15/93GK103760563SQ201410000447
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】湯正新, 劉哲 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)