德国TURCK超声波传感器,图尔克TURCK超声波传感器，TURCK

德国TURCK超声波传感器,图尔克TURCK超声波传感器，TURCK/39529830/39529839：单荣兵
TURCK超声波传感器 安全避障是移动机器人研究的个基本问题。障碍物与机器人之间距离的获得 是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现 等优点，被广泛用作测距传感器。本超声波测距系统选用了 senscomp 公司的 polaroid6500 系列超声波距离模块和 600 系列传感器，微处理器采用了 atmel 公司 的 at89c51。本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。 1、超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于 20khz 的机械波[1]。为了以超声波作为检测手段，必须产 生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声 波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但个超声波传感器也 可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能 和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到 回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理般采用渡越时间法 tof（timeofflight）[2]。测出超声波 从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与 障碍物之间的距离，即 1、硬件电路设计 我们设计的超声波测距系统由德国TURCK超声波传感器,图尔克TURCK超声波传感器，TURCK/39529830/39529839：单荣兵

为了从返回信号识别消除超声波传感 器的发送信号，要检测返回信号必须在启动发射信号后 2.38ms 才可以检测，这样 就可以抑制输出得干扰。当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回，微处理器不停 的扫描 int0 引脚，如果 int0 接收的信号由高电平变为低电平，此时表明信号已经返 回，微处理器进入中断关闭定时器。再把定时器中的数据经过换算就可以得出超声 波传感器与障碍物之间的距离。 4、实验数据处理 由于受环境温度、湿度的影响，超声传感器的测量值与实际值总有些偏差， 表 1 列出了本超声测距系统测量值与对应的实际值： 表 1 超声测距系统测量值与实际值单位：cm 从表中的数据可以看出，测量值总是比实际值大出大约 7cm，经过分析原因主 要有三个方面：*方面，超声波传感器测得的数据受环境温度的影响；二方面， 指令运行需占用定的时间而使得测量的数据偏大；三方面，为了防止其他信号 的干扰，单片机开始计数时，驱动电路发送 16 个脉冲串。对于单个回声的方式， 当 驱动电路接收到碰到障碍物返回的四个脉冲时就停止计数，所以zui终测得的时间 比实际距离所对应的时间多出四个脉冲发送的时间。为了减小测量值与实际值的偏 差，我们采用zui小二乘法[4~5]对表 1 的数据进行修正。经过拟合，我们得到下面的 方程：德国TURCK超声波传感器,图尔克TURCK超声波传感器，TURCK/39529830/39529839：单荣兵
 y=1.0145x-9.3354（其中：y 为实际值，x 为测量值） 修正后本超声波测距系统测量值与实际值的对应关系如表 2 所示： 表 2 修正后超声测距系统测量值与实际值单位： 从修正后的数据我们可以看出，系统的测量误差在±2%以内，满足我们的测量 要求。 5、结论 利用超声波传感器进行测距，其中主要的就是要保证在电路设计上定要满足 电路工作的可靠性、稳定性。经过实验与分析，我们认为用 6500 系列距离模块和 600 系列超声波传感器进行距离的测量简单、经济、可靠，测得数据的误差比较小 机器人上使用超声波传感器的原理/39529830/39529839：单荣兵
超声波传感器是用来测量物体的距离。，超声波传感器会发射组高频声波， 般为 40-45KHz，当声波遇到物体后，就会被反弹回，并被接受到。通过计算声 波从发射到返回的时间，再乘以声波在媒介中的传播速度（344 米/秒，空气中）。 就可以获得物体相对于传感器的距离值了。 声波换能器特性声波换能器就好比个喇叭，能将电流信号转换成高频声波，或者将声波转换成电 信号。（其实多数喇叭都可以当作话筒用，不信大家可以去试下，用喇叭代替麦 克风，也是可以的，只不过麦克风将声波转化成电信号的能力比较强点。所以， 更加灵敏点。） 换能器在将电型号转化成声波的过程中，所产生的声波并不是理想中的矩形，（图 1-a），而是个类似花瓣样形状，参见（图 1-b，c）： 图 1：声波特性 值得提的是，在实际应用中，产生的波形应该是三维的，类似柱状体。 对于机器人的应用来说，超声波传感器主要用来探测物体的距离以及相对于传感器 的方位，以便可以进行避障动作。就是矩形，不但可以准确的获得物体的距 离值，也可以准确的获得方位值，就是正前方。但是实际上，超声波的波束根据应 用不同，有宽波束，和窄波束。宽波束（图 1-b）的传感器会检测到任何在波束范 围的物体，它可以检测到物体的距离，但是确无法检测到物体的方位，误差zui高会 有 100 度左右，机器人将无法准确的确定其避障的动作。当然，作为只要探测物体 有或者无的用途来说，宽波束的传感器是比较理想的。同理，窄波束可以相对宽波 束获得更加的方位角。在选择超声波传感器的时候，这个波形特性是必须要考 虑的。 超声波的问题 超声波传感器应用起来原理简单，也很方便，成本也很低。但是目前的超声波传感 器都有些缺点，比如，反射问题，噪音，交叉问题。 反射问题：如果被探测物体始终在合适的角度，那超声波传感器将会获得正确的角度。但是不 幸的是，在实际使用中，很少被探测物体是能被正确的检测的。图二给出了几个例 子。 图 2：声波反射 图 2.a 中的情况叫做三角误差，当被测物体与传感器成定角度的时候，所探测的 距离和实际距离有个三角误差。 图 2.b 中的情况叫做镜面反射，这个问题和高中物理中所学的光的反射是样的。 在特定的角度下，发出的声波被光滑的物体镜面反射出去，因此无法产生回波，也 就无法产生距离读数。这时超声波传感器会忽视这个物体的存在。/39529830/39529839：单荣兵
 图 2.c 中的情况可以叫做多次反射。这种现象在探测墙角或者类似结构的物体时比 较常见。声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此实际的探测值并不是真实的距 离值。 这些问题可以通过使用多个按照定角度排列的超声波圈来解决。通过探测多个超 声波的返回值，用来筛选出正确的读数。 噪音：虽然多数超声波传感器的工作频率为 40-45Khz，远远高于人类能够听到的频率。 但是周围环境也会产生类似频率的噪音。 比如，电机在转动过程会产生定的高频， 轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音，机器人本身的抖动，甚当有多 个机器人的时候，其它机器人超声波传感器发出的声波，这些都会引起传感器接收 到错误的信号。 这个问题可以通过对发射的超声波进行编码来解决， 比如发射组长短不同的音波， 只有当探测头检测到相同组合的音波的时候，才进行距离计算。这样可以的避 免由于环境噪音所引起的误读。 交叉问题：交叉问题是当多个超声波传感器按照定角度被安装在机器人上的时候所引起的， 如图 3 所示。 图 3：交叉对话问题 超声波 X 发出的声波，经过镜面反射，被传感器 Z 和 Y 获得，这时 Z 和 Y 会根据 这个信号来计算距离值，从而无法获得正确的测量。 解决的方法可以通过对每个传感器发出的信号进行编码。让每个超声波传感器只听 自己的声音。既然换能器发出的声波是瓣状,那在考虑反射问题引起的误差时为什麽只讨论中轴上的波束的 反射情况,而不需要讨论其他方向上的波束呢?像图 2.a,在超声瓣内偏离中轴方向的波束可以更 早地反射回来,实际测量到的距离会更短吧? 解决三角误差的方法是是安装的 7 个传感器,松下 的更狠 50 个.可是还是搞不动如何排列才能解决这个问题. 不知道;楼主能不能给解说下请问可以编码发送组长短不同的音波，请问是指频率还是指振 幅， 我不是学这方面的， 很多不太懂， 但是我们做毕业设计要用到超声波传感器， 希望多多指教！ ！ 谢谢 恩，这个方法是挺不错的，也直在用！我封装腔体用的就是硅胶，定程度上会增大传感器 的震动阻尼， 但是有个弊端， 会降低传感器的灵敏度！ 不知道改变消音材料会不会能够果？ 楼主有没有好的消音材料推荐？另外，我现在设计的这款传感器是高频超声传感器/39529830/39529839：单荣兵