基于单片机的超声波测距系统设计学士学位论文.doc文档63页精品范文

境如含粉尘具有定的适应能力。

因此，用途极度广泛。

例如测绘地形图，建造房屋桥梁道路开挖矿山油井等，利用超声波测量地面距离的方法，是利用光电技术实现的，超声测距仪的优点是仪器造价比光波测距仪低，省力操作方便。

由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有的得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。

振动作用于陶瓷片使其发生微小的形变时，那么压电晶片也会产生与振动频率相同的微弱的交流信号。

力现象叫声压作用。

超声波传感器超声波传感器主要有电致伸缩和磁致伸缩两类，电致伸缩采用双压电陶瓷晶片制成，具有可逆特性。

压电陶瓷片具有如下特性当在其两端加上大小和方向不断变化的交流电压时，就会产生压电效应，使压电陶瓷也产生机械变形，这种机械变形的大小以及方向与外加电压的大小和方向成正。

也就是说，若在压电晶片两边加以频率为的交流电电压时，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气的张弛，当落在音频范围内时便会发出声音。

机械振动，这种机械振动推动空气的张弛，当落在音频范围内时便会发出声音。

反之，如果由超声波机械电压的大小和方向成正。

压电陶瓷片具有如下特性当在其两端加上大小和方向不断变化的交流电压时，就会产生压电效应，使压电陶瓷也产生机械变形，这种机械变形的大小以及方向与外加部分内容简介间产生压缩和稀疏的作用，将使物质所受的压力产生变化。

由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用。

超声波传感器超声波传感器主要有电致伸缩和磁致伸缩两类，电致伸缩采用双压电陶瓷晶片制成，具有可逆特性。

压电陶瓷片具有如下特性当在其两端加上大小和方向不断变化的交流电压时，就会产生压电效应，使压电陶瓷也产生机械变形，这种机械变形的大小以及方向与外加电压的大小和方向成正。

也就是说，若在压电晶片两边加以频率为的交流电电压时，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气的张弛，当落在音频范围内时便会发出声音。

反之，如果由超声波机械振动作用于陶瓷片使其发生微小的形变时，那么压电晶片也会产生与振动频率相同的微弱的交流信号。

超声波传感器结构如下图元件内部结构图超声波外部结构超声波测距的原理声波是物体机械振动状态或能量的传播形式。

所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。

譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。

超声波是指振动频率大于以上的，其每秒的振动次数频率甚高，超出了人耳听觉的上限，人们将这种听不见的声波叫做超声波。

超声和可闻声本质上是致的，它们的共同点都是种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。

到超声波发射器向方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空二〇三年四月十七日星期三气中传播，途中碰障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

超声波在空气中的传播速度为，根据计时器记录的时间，就可以计算出发射点距障碍物的距离，如图，即反射物图超声波测距原理图这就是所谓的时间差测距法。

采用超声波测量大气中的地面距离，是近代电子技术发展才获得正式应用的技术，由于超声测距是种非接触检测技术，不受光线被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境如含粉尘具有定的适应能力。

因此，用途极度广泛。

例如测绘地形图，建造房屋桥梁道路开挖矿山油井等，利用超声波测量地面距离的方法，是利用光电技术实现的，超声测距仪的优点是仪器造价比光波测距仪低，省力操作方便。

由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有的得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。

经分析和大量实验表明，频率为左右的超声波在空气中传播效果最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有定间隔的调制脉冲波信号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装置的灵敏度。

接收装置对声波脉冲的直接接收能力将决定最小可测距离。

超声波二〇三年四月十七日星期三的波速与温度有关，图显示了几种不同温度下的波速。

图声速与温度的关系图可以推导得出，温度和波速大概有这样的规律，波速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。

单片机简介本课题所设计的超声波测距系统是基于单片机控制的，在介绍电路设计之前，我们先来简单了解下单片机的工作原理，由于本课题所设计的超声波测距系统是以公司的位单片机为核心的，所以，在本章先简单的介绍下的些特性。

单片机基础知识单片微型计算机简称单片机。

它在块芯片上集成了中央处理器只读存储器随机存储器定时计数以及接口等部件，这些部件构成了个完整的微型计算机。

目前电子设计领域广泛使用的是位单片机单片机内部结构如图所示。

二〇三年四月十七日星期三中央处理器并行接口串行接口时钟系统定时器计数器外部元件内部总线复位中断电源图单片机内部结构由图可见，中央处理器是通过内部总线与接口以及定时器计数器相连的，这个结构并不复杂，但并不好理解。

为此，在分析单片机工作原理前，先对图中各部件作基本介绍是十分必要的。

中央处理器中央处理器是整个单片机的核心部件。

系列单片机是位数据宽度的处理器，能处理位二进制数据或代码。

负责控制指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算器和控制输入输出等操作。

中央处理器由运算器定时控制部件和寄存器通过总线连接而成的个整体。

算术逻辑运算部件算术逻辑运算部件包括运算器累加器寄存器暂存器程序状态寄存器堆栈指针数据指针等。

算术逻辑运算部件可以进行加减乘除四则运算，也可以进行与或非异或等逻辑运算，还可以执行数据传送移位判断和程序转移等功能。

系列单片机的提供了丰富的指令系统和极快的指令执行速度，大部分指令二〇三年四月十七日星期三执行时间位，乘法指令为。

控制器控制器包括时钟发生器定时控制逻辑指令寄存器指令译码器程序计数器程个重要的方向。

通过欠驱动手指机构机械限位和弹簧实现无动力关节对被抓取形状的被动自适应，具有驱动元件少，抓取范围广泛控制简单出力大负载能力好等特点。

智能感知系统传感器的研制传感器是空间机器人手爪获取内部和外部环境信息的主要手段，丰富的感知是提高机器人作业水平和自主能力的必要条件。

研究内容包括传感器的选择与配置，新型传感器设计，多传感器集成和信息融合。

手爪上配置的传感器包括力觉和视觉传感器，此外还有接近觉传感器，距离传感器等。

视觉和力觉是空间机器人手爪最重要的信息。

般手爪将手眼系统集成在起，并且具有丰富的力传感器信息，通过视觉信息，可以得到手爪的全局的状态，并且根据信号处理和数据融合的结果判断手爪各个部分的当前运行状态和可靠抓取。

在机器人自主抓取的研究中，大多进行基于视觉的控制，例如视觉定位和伺服。

比较有代表性的工作有文献。

但是他们在视觉不起作用的情况下无法在线调整位姿。

信息融合和处理如今，智能机器人在发展中面临的个重要问题是所处的非结构化环境以及自身模型的不精确性所带来的不确定性。

解决这种不确定性的关键就是要发展智能传感系统。

同时，增强机器人在复杂环境下的感知能力也是提高机器人自主能力和适应性的主要方法。

而对传感信息的处理是实现机器人自主功能中最为重要的条件之。

在机器人的研制中，个关键的未解决的问题是发展机器人所需的传感和感知系统，使其能在未知的复杂环境下动作。

但由于各种传感器本质上是不同的，它们的有效性在时空上都存在着差别，这意味着有些传统的传感器集成和融合方法不是很合适，为此和对传统的传感器集成方法做出了改进，提出了力分解和视觉分解的概二〇三年四月十七日星期三念使机器人能在不同的控制方式下根据不同的传感模块进行切换。

抓取控制和决策系统抓取稳定性研究研究机器人手爪多指抓取的目的是通过探索人类的抓取机理，最终开发出种能够抓取任意形状物体，操作和使用工具，完成多种抓取任务，模拟人手抓取行为的拟人手。

到目前为止，机器人手爪的多指协调操作与控制技术还不能满足细微操作的要求，离真正实用化还有定的距离。

抓取稳定性研究在很大程度上是探索多指抓取的机理，分析多指抓取细微运动和力的作用，稳定性分析是抓取控制的基础工作。

具体的工作是进行理论分析，总结出能够适应般条件下的算法。

规划和决策系统自主抓取规划是手爪根据各种传感器的信息，不需要和主机进行通讯，自主进行规划和决策。

例如，舱外专用手爪传感器的本地自主能力，根据传感器的信息自主判断手爪和目标之间的姿态和位置。

服务机器人手爪遇到个不规则形状的物体，自主决策采用何种方式进行抓取等。

自主规划决策可以提高手爪的智能，减少手爪和主控计算机之间的通讯限量和大延时带来的不便，减少出错的可能性。

规划抓取的轮廓布局与力的分布，制定多指抓取的协调控制策略。

抓取控制在稳定性分析和抓取规划研究的基础上，需要研究的是手爪的控制策略。

由于目前手爪采用腱和连杆等传动方式，因此，控制仍然比较复杂。

复杂的控制策略是机器人采用多指灵巧手遇到的个最大障碍，其本身具有闭链多环特征，存在控制的不唯性运动的协调性等问题。

目前手爪的主要控制方法为阻抗控制，力控制和阻尼控制，位置控制等。

其他研究对于特殊环境下的机器人如空间机器人或水下手爪设计，每个细节都需要在模拟的环境下做大量的试验，验证整个手爪系统的可靠性，包括机械结构和控制系统的试验，防辐射试验，高低温试验，机械润滑试验，电路冗余备份以及微重力环境试验。

对于空间舱外工作的手爪来说，这种重要性是可想而知