冯庆元超声波测距毕业论文

吉林工程技术师范学院毕业设计论文题目超声波测距离系统设计专业自动化班级0843学号32姓名冯庆元指导老师吴丽波2012年4月15号吉林工程技术师范学院自动化1摘要超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及AT89C52单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89C52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。关键词超声波单片机测距AT89C52吉林工程技术师范学院自动化2ABSTRACTULTRASONICWAVEHASSTRONGPOINTINGTONATURE,SLOWLYENERGYCONSUMPTION,PROPAGATINGDISTANCEFARTHER,SO,INUTILIZINGTHESCHEMEOFDISTANCEFINDINGTHATSENSORTECHNOLOGYANDAUTOMATICCONTROLTECHNOLOGYCOMBINETOGETHER,ULTRASONICWAVEFINDSRANGETOUSETHEMOSTGENERALONEATPRESENT,ITAPPLIESTOGUARDAGAINSTTHEFT,MOVEBACKWARDTHERADAR,WATERLEVELMEASURING,BUILDINGCONSTRUCTIONSITEANDSOMEINDUSTRIALSCENESEXTENSIVELY。THISSUBJECTHASINTRODUCEDPRINCIPLEANDCHARACTERISTICOFTHEULTRASONICSENSORINDETAIL,ANDTHEPERFORMANCEANDCHARACTERISTICOFONECHIPCOMPUTERAT89C51OFATMELCOMPANY,ANDONTHEBASISOFANALYZINGPRINCIPLETHATULTRASONICWAVEFINDSRANGE,THESYSTEMATICTHINKINGANDQUESTIONSNEEDEDTOCONSIDERTHATHAVEPOINTEDOUTTHATDESIGNSANDFINDSRANGE,PROVIDELOWCOST,THEHARDWARECIRCUITOFHIGHACCURACY,ULTRASONICRANGEFINDEROFMINIATUREDIGITALDISPLAYANDSOFTWAREDESIGNMETHODTAKINGAT89C51ASTHECORE,THISCIRCUITOFSYSTEMISREASONABLEINDESIGN,WORKINGSTABILITY,PERFORMANCEGOODMEASURINGSPEEDINGSOON,CALCULATINGSIMPLE,APTTOACCOMPLISHREALTIMECONTROL,ANDCANREACHINDUSTRYSPRACTICALDEMANDINMEASURINGTHEPRECISION。KEYWORDSULTRASONICWAVEONECHIPCOMPUTERRANGEFINDINGAT89C51吉林工程技术师范学院自动化3目录摘要1ABSTRACT2目录3第1章超声波测距系统设计511超声波测距的原理512超声波测距系统电路的设计5121总体设计方案5122发射电路的设计6123接收电路的设计7124显示模块的设计813超声波测距系统的软件设计914本章小结11第2章绪论1221课题背景，目的和意义1222两种常用的超声波测距方案12221基于单片机的超声波测距系统12222基于CPLD的超声波测距系统1323课题主要内容14第3章超声波传感器1531超声波传感器的原理与特性15311原理15312特性1632超声波传感器的检测方式1733超声波传感器系统的构成1834本章小结19第4章AT89C51单片机简介2041单片机基础知识20411单片机的内部结构20412单片机的基本工作原理2242单片机的分类及发展2343单片机AT89C52的特性2444本章小结24第5章电路调试及误差分析2651电路的调试2652系统的误差分析26521声速引起的误差26522单片机时间分辨率的影响2754本章小结28吉林工程技术师范学院自动化4结论29致谢30参考文献31附录132附录237附录338吉林工程技术师范学院自动化5第1章超声波测距系统设计11超声波测距的原理单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离2CTS11式11中的C为超声波在空气中传播的速度。限制该系统的最大可测距离存在四个因素超声波的幅度、反射物的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小可测距离。为了增加所测量的覆盖范围，减少测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。由于超声波发球声波范围，其波速C与温度有关，表11列出了几种不同温度下的波速。表11声速与温度的关系温度3020100102030100声速M/S313319325323338344349386波速确定后，只要测得超声波往返的时间T，即可求得距离S。其系统原理框图如图11所示。图11超声波测距系统框图单片机AT89C52发出短暂的40KHZ信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，读出时间T，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LED数码管进行显示。在下一节里，我们将详细介绍超声波测距仪的各部分电路的设计思路及方法。12超声波测距系统电路的设计121总体设计方案由单片机AT89C51编程产生40KHZ的方波，由P36口输出，再经过放大电吉林工程技术师范学院自动化6路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理,送至单片机。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。该测距装置是由超声波传感器、单片机、发射/接收电路和LED显示器组成。传感器输入端与发射接收电路相连,接收电路输出端与单片机相连接,单片机的输出端与显示电路输入端相连接。其时序图如图12所示。图12时序图单片机在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间T，由此便可计算出距离。122发射电路的设计由单片机产生的40KHZ的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超声波，发射驱动电路其实就是一个信号放大电路，本课题所选用的是74HC04集成芯片，图13为发射电路图。吉林工程技术师范学院自动化7图13发射电路74HC04内部集成了六个反向器，同时具有放大的功能。74HC04的管脚如图14所示。图1474HC04管脚图123接收电路的设计超声波接收头接收到超声波后，转换为电信号，此时的信号比较弱，必需经过放大。本系统采用了LM741对接收到的信号进行放大，接收电路如图15所示。吉林工程技术师范学院自动化8图15接收电路超声波探头接收到超声波后，通过声电转换，产生一正弦信号，其频率为传感器的中心频率，即40KHZ。该信号通过C1高通滤波后经LM741放大，最后经二极管整形后输出到单片机中断口。LM741是一单运放集成芯片，图16为LM741管脚图。图16LM741管脚图124显示模块的设计LEDLIGHTEMITTINGDIODE，发光二极管有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。LED数码管结构简单，价格便宜。图17示出了八段LED数码显示管的结构和原理图。图17A为八段共阴数码显示管结构图，图17B是它的原理图，图17C为八段共阳LED显示管原理图。八段LED显示管由八只发光二极管组成，编号是A、B、C、D、E、F、G和SP，分别与同名管脚相连。七段LED显示管比八段LED少一只发光二极管SP，其他与八段相同。吉林工程技术师范学院自动化9图17八段LED数码显示管原理和结构单片机对LED管的显示可以分为静态和动态两种。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍显示各自字符，人们由于视觉器官惰性，从而看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。为了减少硬件开销，提高系统可靠性并降低成本，单片机控制系统通常采用动态扫描显示。但是由于本系统所用的单片机引脚少，剩余引脚很多，而且也只需显示三位字符，所以，采用了静态的显示方式，且采用了软件译码，这样单片机引脚输出可直接接到LED显示管上。这样省去了外部复杂的译码电路。13超声波测距系统的软件设计单片机编程产生超声波，在系统发射超声波的同时利用定时器的计数功能开始计时，接收到回波后，接收电路输出端产生的负跳变在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，停止计时，读取时间差，计算距离，然后通过软件译码，将数据输出P0、P1和P2口显示。程序流程图如图18，A为主程序流程图，B为定时中断子程序流程图，C为外部中断子程序流程图。ABC图18程序流程图吉林工程技术师范学院自动化10用单片机编程产生40KHZ方波，可用延时程序和循环语句实现。先定义一个延时函数DELAYS，然后可用FOR语句循环，并且循环一次同时改变方波输出口的电平高低，从而产生方波。部分程序如下VOIDDELAYS/延时函数VOIDMAINFORA0A1000次）FLASHROM32个双向I/O口256X8BIT内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率024MHZ2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位AT89C52P为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHZ晶振。RST/VPD（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能44本章小结本章重点介绍了单片机的一些基本知识，如单片机的内部结构，单片机的工作原理等，只有详细了解单片机的工作原理，才能更好的使用单片机，用单片机来设计电路。本系统所用的单片机是ATMEL公司生产的AT89C51，DIP封装，40引脚。它的特点是内含FLASH存储器，采用CMOS工艺，这种型号的芯片是目前应用得最普遍的一种。AT89系列的单片机可分为标准型、低档型和高档型三类，均属于8位机。我们所使用的AT89C51是标准型的，本章详细介绍了它的特性和参数。吉林工程技术师范学院自动化26第5章电路调试及误差分析51电路的调试通过多次实验，对电路各部分进行了测量、调试和分析。首先测试发射电路对信号放大的倍数，先用信号源给发射电路输入端一个40KHZ的方波信号，峰峰值为38V。经过发射电路后，其信号峰峰值放大到10V左右。40KHZ的方波驱动超声波发射头发射超声波，经反射后由超声波接收头接收到40KHZ的正弦波，由于声波在空气中传播时衰减，所以接收到的波形幅值较低，经接收电路放大，整形，最后输出一负跳变，在单片机的外部中断源输入端产生一个中断请求信号。该测距电路的40KHZ方波由单片机编程产生，方波的周期为1/40MS，即25S，半周期为125S。每隔半周期时间，让方波输出脚的电平取反，便可产生40KHZ方波。由于12M晶振的单片机的时间分辨率是1S，所以只能产生半周期为12S或13S的方波信号，频率分别为4167KHZ和3846KHZ。本系统在编程时选用了后者，让单片机产生约3846KHZ的方波。52系统的误差分析521声速引起的误差声波是媒质中传播的质点的位置、压强和密度对相应静止值的扰动。高于20KHZ时的机械波称为超声波，媒质包括气体、液体和固体。流体中的声波常称为压缩波或压强波，对一般流体媒质而言，声波是一种纵波，传播速度为2EC51式51中E为媒质的弹性模量，单位KG/MM2；为媒质的密度，单位KG/MM3；E为复数，其虚数部分代表损耗C也是复数，其实数部分代表传播速度，虚数部分则与衰减常数每单位距离强度或幅度的衰减有关，测量后者可求得媒质中的损耗。声波的传播与媒质的弹性模量密度、内耗以及形状大小产生折射、反射、衍射等有关。从式51可知，声波传输速度与媒介的弹性模量和密度相关，因此，利用声速测量距离，就要考虑这些因素对声速影响。在气体中，压强、温度、湿度等因素会引起密度变化，气体中声速主要受密度影响，液体的深度、温度等因素会吉林工程技术师范学院自动化27引起密度变化，固体中弹性模量对声速影响较密度影响更大，一般超声波在固体中传播速度最快，液体次之，在气体中的传播速度最慢。气体中声速受温度的影响最大。声速受温度的影响为201273CC52图51根据上式测量的温度声速图。图51空气中温度声速图由式52和图51可见，当温度从040变化时，将会产生7的声速变化，因此，为了提高测量准确度，计算时必须根据温度进行声速修正。工业测量中，一般用公式计算超声波在空气中的传播速度，即33106C53522单片机时间分辨率的影响不管是查询发射波与回波，还是由其触发单片机中断再通过软件启停定时器，都需要一定的时候，中断的方式误差相对要小一些。相对而言，单片机的时间分辨率还是不太高，如晶振频率为12MHZ时，时间分辨率为1S。随机误差由于测量过程中的随机误差是按统计规律变化的，为了减少其影响，可在同一位置处多次重复测量XI，然后取平均值X作为测量的真值10。提高测距精度的方法上节分析了超声波测距系统误差产生的一些原因，如何提高测量精度是超声测距的关键技术。其提高测距精度的措施如下1合理选择超声波工作频率、脉宽及脉冲发射周期。据经验，超声测距的工作频率选择40KHZ较为合适；发射脉宽一般应大于填吉林工程技术师范学院自动化28充波周期的10倍以上，考虑换能器通频带及抑制噪声的能力，选择发射脉宽1MS；脉冲发射周期的选择主要考虑微机处理数据的速度，速度快，脉冲发射周期可选短些。2在超声波接收回路中串入增益调节AGC及自动增益负反馈控制环节。因超声接收波的幅值随传播距离的增大呈指数规律衰减，所以采用AGC电路使放大倍数随测距距离的增大呈指数规律增加的电路，使接收器波形的幅值不随测量距离的变化而大幅度的变化，采用电流负反馈环节能使接收波形更加稳定。3提高计时精度，减少时间量化误差。如采用芯片计时器，计时器的计数频率越高，则时间量化误差造成的测距误差就越小。例如单片机内置计时器的计数频率只有晶振频率的十二分之一，当晶振频率6MHZ时，计数频率为05MHZ，此时在空气中的测距时间量化误差为068MM；当晶振频率为12MHZ时，计数频率为1MHZ，此时测距时间量化误差为034MM。若采用外部硬件计时电路，则计数频率可直接引用单片机的晶振频率，时间量化误差更小11。4补偿温度对传播声速的影响。超声波在介质中的传播速度与温度、压力等因数有关，其中温度的影响最大，因此需要对其进行补偿。温度传感器LM92的温度测试分辨率为00625，10至85准确度为10，I2C总线接口。用AT89C51的通用I/O端口能很容易的模拟I2C总线的读写时序，LM92高精度温度测量能很好的补偿超声波在不同温度的传播速度。由LM92温度传感器和单片机组成的高精度超声波测距已应用在各种高精度测距的场合，如自动气象站中水气日蒸发量的测试、自动任意形状物体密度测试仪等，它具有测试速度快，能达到毫米级的测量精度等优点，在工程上的开发与应用前景广阔12。54本章小结在本章里，对设计的电路进行了调试和分析。对于测距系统来说，误差是不可避免的。如何减小系统的误差，是设计测距系统必需要考虑的问题。本章分析了各种产生测量误差的原因以及解决办法，以更进一步提高超声波测距系统的测量精度。吉林工程技术师范学院自动化29结论本课题介绍了一种基于单片机的超声波测距系统的原理和设计。给出了硬件和软件的设计方案。超声波传感器是本系统的核心器件，本论文详细地介绍了超声波传感器的原理、结构、检测方式以及它的一些特性。只有深入地了解超声波传感器的工作原理，才能更好的设计测距电路。单片机是本系统的控制部分，采用ATMEL公司生产的AT89C51芯片。驱动超声波传感器的40KHZ的方波信号，就是由单片机编程产生的。本系统的发射电路采用74HC04六反向器，通过它对单片机产生的方波信号进行放大，以驱动传感器工作。接收电路采用的是LM741，通过接收电路对接收到的信号进行放大和整形，最终再输出负脉冲给单片机响应中断程序。本系统的LED显示部分采用的是静态扫描方式，并用单片机软件译码。单片机内部采用C语言编程，方波信号的产生、时间差的读取、距离的计算以及显示输出的译码都由单片机编程完成。本课题所设计的超声波测距系统具有测量精度较高、速度快、控制简单方便等优点。测距范围从20CM到200CM，测量精度在10CM内。测距系统在许多工业现场和自动控制场合，都有很重要的作用。但由于经验不足，电路硬件、软件部分都有不够完善的地方，在今后的学习中会进一步改进。总体来说，最重要的是在本课题的设计过程中我学到了很多知识，从中受益匪浅。了解了超声波传感器的原理，学会了各种放大电路的分析、设计，也掌握了单片机的开发过程和利用单片机设计电路的方法。对一块电路板的设计、焊板、调试、改进等整个过程，有了更深入的理解和掌握。这些对我今后的学习和工作都会有很大帮助的。吉林工程技术师范学院自动化30致谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师吴丽波老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请吴老师的批评和指正。吉林工程技术师范学院自动化31参考文献1刘凤然基于单片机的超声波测距系统传感器世界2001,529322葛健强基于CPLD的超声波测距仪研制无锡商业职业技术学院学报2004,438103何希才,薛永毅传感器及其应用实例机械工业出版社,20041381524胡汉才单片机原理及其接口技术清华大学出版社,200427465吴斌方,刘民,熊海斌超声波测距传感器的研制湖北工学院学报2004,19626286谭洪涛,张学平单片机设计测距仪原理及其简单应用现代电子技术2004,1894967PETERHAUPTMANN,RALFLUCKLUM,BERNDHENNINGULTRASONICSENSORSFORPROCESSCONTROLSENSORSUPDATE1998,31632078赵占林,刘洪梅超声波测距系统误差分析及修正科技情报开发与经济2002,1261441459JOTTOSENSORSFORDISTANCEMEASUREMENTANDTHEIRAPPLICATIONSINAUTOMOBILESSENSORSUPDATE2002,1023125510苏炜,龚壁建,潘笑超声波测距误差分析传感器技术2004,23681111罗忠辉,黄世庆提高超声测距精度的方法机械设计与制造2005,110912秦旭用LM92温度传感器补偿的高精度超声波测距仪电子产品世界2003,6585913YUSUKEMORITAKE,HIROOMIHIKAWACATEGORYRECOGNITIONSYSTEMUSINGTWOULTRASONICSENSORSANDCOMBINATIONALLOGICCIRCUITELECTRONICSANDCOMMUNICATIONSINJAPAN2005,8873342吉林工程技术师范学院自动化32附录1采用双超声波传感器和组合逻辑电路的种类识别系统在这篇文章里，我们使用一种技术，它用来从被反射出的超声波认出一种材料并且使用两台超音速飞机传感器提议一个种类识别系统。在这个系统里，被反射出的波形被作为二维的图像，并且属于那个种类的一个目标是瞬间模式从参考数据到一条组合的逻辑电路中匹配认出的。在这个系统里，信息的结合例如物体的材料，角度和距离被作为识别种类确定。模式匹配被从参考数据直接创建的一条组合的逻辑电路所携带。根据提议的方法完成标准的波形数据的识别试验来证明提议系统和它的效力的特征，被适用于在具体的状况下的识别。由于5种原料作为种类下落，获得的结果显示了一个差不多100的识别率，并且当种类是倾向于材料，角度和距离的结合时，高的识别结果是为几乎所有的材料获得的。1介绍传统的图样识别是基于一种未知的模式和以知模式之间的一次距离计算。在两种模式之间的距离被连续计算，并且这种未知的模式属于的种类是基于结果的估计之上1,2。因此，如果模式的数量或者种类的数量增加，计算时间变长并且执行实时识别和高速处理时变得尤其复杂困难。为了达到实时处理，一种传统方法和大规模的硬件供应是必要的。为了解决问题，使用基于VLSI的组合的逻辑电路的一种模式识别方法已经被提出3。这种方法使用一种遗传算法GA，由GA设计组合的逻辑电路和从模型数据中直接创建模式识别的一条集成电路。因为这种方法在原理平台的最优化里使用GA，需要极其长的时间设计电路。因此，我们为更简单的模式比较这种组合的逻辑电路提出一种设计方案4。这被用于一个系统，那就是从超声波传感器的波形数据材料识别，目标材料作为识别种类。自从用这种方法从模型数据中创造了一个直接电路，一个识别电路可能在比利用CA方法更短的制作时间内被创造出来。超声波传感器经常被作为机器人里的修正距离的传感器使用，目的是为了在不能使用光学传感器的水下或夜间环境下起度量作用，并且在形状信息难像玻璃或者不锈钢那样用光学方法捕获的对象的识别过程中5,6。通常，信息从用超声波传感器反射出的波以只存在或者不存在量程范围内的障碍或者远离目标信息中获得。不过，研究已经通过使用来自从超声波传感器获得的信息的神经网络来识别目标的形状79。在裁判员4的系统里，快速傅里叶变换算法FFT反射波的波形被用作种类识别的一个特征。首先，一台单个的超声波传感器用来测量一个对象的被反射的波。属于未知数据的种类通过一种涉及到这个反射波的FFT波形的模式匹配来进行推断的。模式匹配被假设为使用一条组合的逻辑电路。我吉林工程技术师范学院自动化33们使用这种方法识别未知物体的材料，它的效力已经被检验。因此，在识别材料中的高识别率是不用质疑的。这种方法的前提是在硬件中实施，期望可以通过使用一条组合的逻辑电路实现快速识别，应用于航空，例如自动化运输工具，将随着这种系统的进一步延伸而成为可能。在这篇文章里，我们提出一个种类识别系统，这种识别方法来识别种类被延伸至从物体原料到化合物体材料，角度和测量距离上的延伸，并且模型识别是基于得到的二台超声波传感器的波形和组合的逻辑电路使用。那时，用测量的波形数据和其他种类方法的对比的种类实验，通过证明被提议方法的特征来估计提议方法。2提出的系统21识别算法在这个部分里解释被提议的方法的种类识别的算法。首先，超声波放电来测量物体，并且超声波传感器收到被反射的波。FFT被用于通过超声波传感器在频率领域内产生的数据而获得反射波。传输数据的35KHZ到45KHZ区域被用于识别。原因是超声波传感器被用于中心是40KHZ的频率。图1显示5个FFT波形样品，A木头,B铁，C纸板，D海绵和E塑料。这些波形是从有着相同的尺寸的金属板形状的物体30厘米X30厘米中获得的FFT波形。如图1，每种材料中的波形显示了特征的不同。在这篇文章里，被反射的波形中存在差别的原因没有被详细地分析，但是被认为是每种材料或者表面形状的声阻抗的差别5,6。因此，我们相信一物体材料可以图样识别与FFT反映出的波形来识别每种物体材料的特征。下一步，我们创造有着极大值和级小值的图表，因为从接收传感器获得的多测量数据有着自己的频率组合。这张图被叫为参考数据。图2是一个参考数据的例子。参考数据是每种类识别的基础。下列方程式用来确定最大和最少的参考数据最大值EF2F最小值EF2FEF表示在决定于培训用数据的频率F方面的指示能力，而F表示频率英尺指示能力的标准偏差。参考数据的最大值和最小值表明数据与描述被测量的对象的特征的波形不符合的范围。如果我们假定这些参考数据遵循一个标准的分布，让被测量的数据X的平均值是X，标准偏差是，然后我们得到大约测量的数据X的95在X2间隔范围内10。通过把极大值和极小值放置在参考数据EF2F里，如果培训用数据的数量足够大，几乎所有数据根据反射出的相同对象的波决定的未知波形相信在极大和极小参考数据的范围内被观察到。吉林工程技术师范学院自动化34下一步，被创建的参考数据用来对输入数据匹配。在提议系统内，从超声波传感器那里获得的未知波形成数据和参考数据作为二维的数据处理。然后未知的数据属于的种类被对图像数据的模式匹配识别。如果未知的波形数据和参考数据被重叠，相配的过程阻塞，并且如果未知的波形数据在最大和最少的参考数据中，未知的波形数据被推断属于保存参考数据的种类，并且这被作为识别结果确定。22系统配置图3是一张在这项研究过程中使用的系统的方框图。显示的坐标系统被在测量环境过程中使用。测量的目标位于原点并且在以XY平面中心为原点的平面中测量。在这些实验过程中，在数字里显示的金属形成的物体是测量目标。测量设备被放在Y轴的原点上，使用有独立输送和接收的40KHZ超声波传感器日本陶器制法T/16R40来进行测量。在3图中，超声波传感器被安排有左右接受器和在中心内的输出器。那些目标的反射波两台接收传感器接收，并且是模拟对数字化的转变100MHZ抽样率，32位。在FFT之后处理，数据是对识别电路的输入。通过使用两台接收的传感器，因为输入信息的增加，下列效应可以被预测改进识别率；不仅是简单的物质识别，而且种类更复杂的结合体如角和测量距离的识别。23识别电路被提出的识别方法是一个运算法则，在数据匹配过程中，这个法则可以被作为一条组合的逻辑电路的硬件来执行。一个匹配电路决定着输入数据是否在最大和最少的参考数据内。231匹配电路当决定来自于一条组合的逻辑电路时，参考数据和输入数据被量化成PQ二维的形式，每排进行比较。组合的逻辑电路用来比较两排。从而，P组合的逻辑电路有Q输入来比较一个波形数据。被提议的系统使用两台传感器；2P组合的逻辑电路进行每种类的识别。一条组合的逻辑电路把少量参考数据和输入数据进行比较。如果比较的两排匹配精确，“1”是输出量；否则，“0”是输出量。为了创建比较这对排的组合的逻辑电路，从参考数据中创建一份真实的表格。首先，每个种类的参考数据如图4中所示被量化成PQ二维的形式。等于或者超过参考数据的最大量的区域被调整到“0”，最小量被调整到“1”，并且其他区域被调整到涉及不到的区域“X”。下一步，一排量化的参考数据被作为真实表格确定，并且建立了在每排和输入数据相配的组合的逻辑电路。通过增加不被关注的真实表格，由于测量条件，识别电路吸收波形内的变化，例如随着温度的变化。电路可以在尺寸方面简化，因为并非所有数据值都要在识别过程中引用。输入数据被类似量化。相同或是比数据值大的地区的数据值调整到“0”和小于吉林工程技术师范学院自动化35这个区域的数据值对应“1”。然后每排输入数据被选出，对相应排的组合的逻辑电路的输入，与参考数据相比。图5显示在真实表格和在图4的第4排的组合逻辑电路之间的输入/产量关系。在图5，RX，Y描述被量化的参考数据的象素价值，X是排号码和Y是栏数。UX，Y描述被量化的输入数据的象素价值并且成为对组合的逻辑电路的输入。FX4代表4排的组合的逻辑电路的输出量。当所有R4，0到R4，Q1和U4，0到U4，Q1匹配时，生产FX4成为“1”。如果输入数据是在最大和最小的参考数据内，所有排的组合的逻辑电路的输出量成为“1”。下一步，因为在输入数据和种类之间的类似处被确定，“1”来自所有组合的逻辑电路的S产量的总数是种类的相象E种类，并且有最高类似处的种类被作为最终的结果。232电路的简化当组合逻辑电路被创建时，当真实表格被制作成一条没有被修正的电路时，所有数据值都成一排被引用，组合逻辑电路的输入的数量随决定增加而增加，并且电路规模变得更大。为了降低电路规模，识别电路被简化。如图4，“0”、“1”和“X”不要关心三个区域存在于被量化的参考数据，以及“0”和“1”的两个区域存在于输入数据。当在参考数据的区域之间的边界被检验时，全部的价值大，基于参考数据的特性，所有数值大于或等于最大值“0”并且全部数值少于最小值“1”的。当这种特征用于匹配过程，通过利用临近的不相关的两个输入值来实现。图6呈现出一个M排的简单组合逻辑电路的实例。可以看到如果在量化参考数据的M排里从RM,Q3到RM,2不被关注，在M的被量化的参考数据排不关心，匹配整个排只由从所有输入数据UM，Q1到UM，0的UM，Q2UM，1的计算变得可能。通过做这次简化，在忽视决议时，每排的组合的逻辑电路的输入的数量是2，将导致在电路规模方面的大幅度削减。233识别电路的构造图7显示提议识别电路的整个结构。比较每种种类的输入数据和参考数据E种类，计数器的总数，比较每种种类类似处的一个最大数值探测电路，探测最大值，从而识别电路从一个匹配电路中而被构造出来。为在早先阶段比较记述的参考数据和从每个逻辑电路计算“1”输出量的数值的一个计数器