超声波红外避障

1、移动机器人的多传感器测距系统设计一、引言在自主移动机器人的实时避障和路径规划过程中，机器人须依赖于外部环境信息的获取，感知障碍物的存在，测量障碍物的距离。目前，机器人避障和测距传感器有红外、超声波、激光及视觉传感器。激光传感器和视觉传感器价格贵，对控制器的要求较高，因而，在移动机器人系统中多采用红外及超声波传感器。多数系统采用单一传感器进行信息采集，但超声波传感器因为存在测量盲区的问题，测距范围一般在之间；而红外测距传感器的探测距离较短，一般在几十厘米之内，它可以在一定程度上弥补超声波传感器近距离无法测量的缺点。因而，本系统采用多路红外和超声波传感器进行距离信息的测量和采集。二、测距原理及方法

2、（一）超声波传感器超声波是指谐振频率高于的声波，频率越高反射能力越强。超声波传感器价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰的影响，并且，金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100的超声波，因而，可以用来探测物体。超声波测距的方法为回声探测法，发射换能器不断发射声脉冲，声波遇到障碍物后反射回来被接收换能器接收，根据声速及时间差计算出障碍物的距离。距离与声速、时间的关系表示为$_+器,式中：为与障碍物间的距离，为声速，/为第一个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差，。与温度有关，空气中声速与温度的关系可表示为式中为声速，e为环境温度，c。（二）提高超声波测距精度的方法1采用合

3、适的频率和波长：使用超声波传感器测距，频率取得太低;外界杂音干扰较多；频率取得太高，在传播过程中衰减较大。并且，超声波传感器在测量过程中容易产生盲区，接收端易接收到泄漏波。改善这一缺点，须减少发射波串的长度，增高发射波频率。但发射波串长度过短会使得发射换能器不能被激振或激振达不到最大值；发射波频率过高则衰减大，作用距离下降、有试验表明：使用的超声波,发射脉冲群含有个脉冲，具有较好的传播性能。2提高系统的计时精度也可提高超声波的测距精度，计时器的计数频率越高，则由于时间的量化误差所引起的测距误差就越小。3对系统电路的时间延迟进行补偿可以减小测距误差，提高测距精度。延迟时间式中At为延迟时间，为个

4、已知的测量距离，；t,t为对应的测量时间，。（三）红外避障传感器红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。红外传感器的的测距基本原理为发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离，它的原理是接收管接收的光强随反射物体的距离而变化的，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。目前，使用较多的

5、一种传感器红外光电开关，它的发射频率一般为左右,探测距离一般比较短，通常被用作近距离障碍目标的识别。本系统采用的即为此种传感器。四）红外测距的缺陷受器件特性的影响，一般的红外光电开关抗干扰性差，受环境光影响较大；并且，探测物体的颜色、表面光滑程度不同，反射回的红外线强弱就会有所不同。三、硬件系统构成（一）系统组成该测距系统由单片机、超声波发射接收电路、红外发射接收电路、数码显示电路及串口通信电路等模块组成，见图1控制核心为凌阳位单片机0芯片上集成有2个16位可编程定时器/计时器，1个4中断源，3位2通用可编程输人/输出通道，通道位转换器。移动机器人的前方、左方、右方各安装一套超声波及红外传感器

6、，使机器人能够感知3个方位的障碍信息。单片机在接收到传感器的信息后，将传感器的信号转换为距离信息，在数码管上显示，并通过串口接口与上位机通信，传输距离信息。（二）超声波传感器电路凌阳单片机的口接三路超声波发射电路，接三路超声波接收电路。单片机产生的信号由输出，经反相器组成的升压放大电路,最后，由超声波发射换能器发射；声波遇到障碍物返回，被接收换能器接收，信号经组成的两级放大电路放大，通过锁相环音频译码器选频，滤除干扰信号，最后，通过口输入单片机。单片机通过声波的传输时间计算障碍物距离。（三）红外传感器电路凌阳单片机的可作为位转换器。本系统中，凌阳单片机的口作为转换器使用，接三路红外发射电路，接

7、三路红外接收电路。单片机口输出高电平时与红外发光管导通，发射红外光；光波在遇到障碍物后反射，被红外接收管接收，产生一个与光强相对应的电流，电流经组成的两级放大电路放大后，输出一个的模拟电压,经口输人单片机。单片机通过电压的大小计算、判断障碍物的距离。四、软件设计单片机选用系统时钟频率=8时钟频率（）为=，时钟源选用频率，时钟源选用频率提供个位的定时/计数器：和。的时钟源由时钟源和时钟源进行与操作形成；的时钟源仅为时钟源。的超声波脉冲为高低电平各占.的方波，时钟计数延迟个指M的高低电平即可产生,脉冲发射、间隔时间至少的定时中断，选用定时器作令周期即为M的高低电平即可产生,脉冲发射、间隔时间至少的

8、定时中断，选用定时器作，从口输出。系统选用定时器作为产生为超声波计数器。由于超声波传感器存在测量盲区，因而，在程序设计中，将远于的测距由超声波传感器完成，以内由红外传感器完成。红外测距过程中，选用定时器产生的中断进行采样，并将采样的电压值转换为距离信息。主程序中，首先，进入红外探测子程序，如果探测到障碍物，则进人数据传输、显示及运动控制子程序；没有探测到障碍物，则进入超声波探测子程序。超声波探测到障碍物，则进人数据传输、显示及运动控制子程序，没有探测到障碍物，则循环进行红外探测。图2、图3分别为红外及超声波探测子程序。五、测量结果试验过程中，采用同大小、质地、颜色的障碍物进行测量。试验表明：系

9、统在的范围间测距精度在之内，能够较为准确对障碍物进行测距。在以内的测距由红外传感器完成，之间的测距由超声波传感器完成，试验结果见表1TibITbff青总JE胡AAAt5ga氓.FUMH.&.!/_U.H.*J-lE口腐I-*il12fimIM1?.lST-t硏X3MHU.J.1IHCilLHl.AJ:?工疋0|-iliviHnTXJI-0nJ：4an.W4CSjLLP六、结束语本文研究了一种低成本、低功耗、高效能的移动机器人侧距系统，采用超声波和红外传感器的多传感器系统，有效地解决了单一传感器测距系统中测量盲区的缺陷问题；并且，采用3组传感器组装配在机器人的3个不同位置，使得机器人可完成3个不

10、同方位的测距任务。信息来源：传感器与微系统3KU?3KR41003MGNDvccptoisolatorlU3AD2sXLEDOPA2Ouipui1Ouipui1我认为这里一个重要的东西就是LM339（比较器），LM339芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见的集成电路。利用lm339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路。引脚图如下：Ouipd.2云Ompui4VccbLM339总共有四个电压比较器，功能都相同。其中，3号引脚VCC,12号引脚GND1、功能为正引脚的电压如果高于负引脚的电压，则输出端口的电压为高电平。2、正引脚的电压低于负引脚的电压，输出端口的电压为低电平。根据以上的特性，我们就可以将其利用在红外传感电路中。下面我来分析下，为什么我们电路这样设计。1、红外接收管，我们接了个3M的电阻，很大。用来分压，这样红外接收管部分