概要:为了使超声波传感器能在动态环境下定位,拒绝单超声波接管头能测量多个目标。首先分析了超声波升空头产生的超声波特点,据此推论出有接管信号的波形表达式。其次根据接管信号特点,系统标定时用接管信号正弦峰值的0.5倍作阈值,而测量时用小阈值,以避免距离信息遗失。最后用C8051F021单片机设计了单接管头多目标测距系统。
在2目标与接管头距离之差小于30cm以上时能较准确地测量出有2个距离。 超声波测距传感器以其测量精度高、号召慢和价格低廉而广泛应用在工业现场测距、移动机器人导航系统和定位等场合。超声波测距传感器常用的方式是1个升空头对应1个接管头,也有多个升空头对应1个接管头。它们共同之处是:每个接管头只测量一个方位,这个方位就是除盲区内因升空的超声波旁瓣引发的接管信号超声波正弦峰值外,第1个接管信号超声波正弦峰值对应的距离。
在机器人自律导航系统避障时,机器人只关心最近障碍物的距离,是需要已完成自律避障的。但是在机器人定位时,特别是在在动态环境下,1个接管头同时测量多个距离,需要更好地叙述环境信息,这对机器人用超声波定位具备最重要意义。 1超声波 1.1超声波测距原理 超声波测距原理比较简单,一般是使用时差法。
即:通过检测升空的超声波与其遇上障碍物后产生脉冲之间的时间差t,欲出有障碍物的距离d,计算公式为:d=ct/2,其中: c为超声波波速,T1为环境摄氏温度。 1.2升空信号超声波正弦 在升空头两端特40kHZ的矩形脉冲电压,压电晶体把电能转变成机械能,造就其上振动板运动,闻图1.振动板的固有频率是40kHZ,由于共振,振动板迅速起振,然后平稳,脉冲电压撤消,振动板作阻尼振荡波动。若振动板长时间工作在仅次于振幅状态,即振动板追加能量与其损耗能量大于,这样产生的超声波能量大,不利于提升信噪比,但是接管信号超声波正弦从起振到峰值的时间将变大(放大器增益小,不经常出现削顶的情况下),有利于阈值自由选择,误差逆大,也有利于第二个方位的测量,另外盲区也不会减小。
振动板振动时,空气、压电晶体(起振时是鼓舞)等消耗振动板能量,其中不受空气阻力消耗的能量转变成升空超声波。压电晶体鼓舞撤消,则振动板振动不作阻尼呈圆形指数关系波动。把振动板修改出是一个弹簧振子,另设振动板在一个正弦周期(T=25s)内是标准正弦波,则在升空头振动板运动周期数n升空头鼓舞脉冲数N时,升空头振动板运动符合: x=A(n)sint(1) 式中t[(n-1)T,nT],A(n)是第n个周期内的振幅。 k是常数,E(n)是第n个周期内振动板的机械能。
a是一个与波动有关的常系数,Ef(n)第n个周期内振动板损耗的机械能。 E是压电晶片每次产生的能量。 在nN时,升空头振动板运动能量符合: 1.3接管信号超声波正弦 升空头产生的超声波遇上有所不同介质就不会产生脉冲,接管头把脉冲转变成电能,产生接管信号。
现分析超声波横向入射光到墙壁面时的接管信号,接管信号超声波正弦由起振阶段和波动阶段两部分构成,如图1。 接管信号与脉冲成像正弦的各正弦波幅值关系是: 式中WR是接管信号正弦峰值,WEcho是脉冲正弦峰值,H是脉冲的单位冲击号召。
图1实际接管信号(N=5) 从图1中可显现出,拒绝接受信号正弦从起振到峰值的时间要大于从峰值波动至噪声幅值的时间。实际总长度相似1.。
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