資料介紹
??引言
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??傳感器檢測技術(shù)、無線電通訊技術(shù)、計算機控制技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱,它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。傳感器技術(shù)是信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ),其品種、性能和質(zhì)量直接決定了信息技術(shù)系統(tǒng)的功能和質(zhì)量。因此有人說:“征服了傳感器就等于征服了科學技術(shù)”。由此可見,傳感器的開發(fā)與運用具有重大的意義。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,人們對傳感器的性能水平及運用方式提出了更高的要求,而在被人們廣泛運用的傳感器家族中,超聲波傳感器和紅外線傳感器以其優(yōu)異的性能得到人們的青睞,廣泛用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)和家電產(chǎn)品。但目前超聲波傳感器和紅外線傳感器一般都是單獨使用,由于這兩種傳感器具有功能互補的特點,故而應把這兩種傳感器綜合起來,以制作出功能更全、精度更高、結(jié)構(gòu)更簡、成本更低的傳感器探測系統(tǒng)?;谏鲜隹紤],本文開展了基于超聲波與紅外線探測技術(shù)的測距定位系統(tǒng)的研究。
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??1?測距原理分析
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??目前,超聲波傳感器廣泛用作測距傳感器,常作為一種輔助視覺手段與其他視覺工具(如CCD圖像傳感器)配合使用,可有效提高機器的視覺功能。
??1.1?超聲波發(fā)生器
??超聲波發(fā)生器可分為兩大類:一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波;一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣類包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等;機械類包括加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同,因而用途也有所不同。目前常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。
??1.2?壓電式超聲波發(fā)生器工作原理
??壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的,其外觀結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示。
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??圖1?超聲波發(fā)生器外觀結(jié)構(gòu)
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??圖2?超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
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??該傳感器有兩個壓電晶片和一個共振板,當其兩極外加脈沖信號,且頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時,壓電晶片將會發(fā)生共振,并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波。反之,如果兩電極間未外加電壓,當共振板接收到超聲波時,將迫使壓電晶片振動,將機械能轉(zhuǎn)換為電信號,這時它就成為超聲波接收器了。
??1.3?超聲波測距原理
??超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射的同時開始計時,超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回,超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據(jù)計時器記錄的時間t,就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S,即:S=340t/2。
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??2?定位原理分析
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??由于超聲波傳感器的波束發(fā)散比較嚴重,當超聲波發(fā)射點距障礙物較遠時,超聲波傳感器的方向定位精度較差,因而有必要引入其它方法或傳感器來改善其性能。經(jīng)查閱資料得知,紅外線傳感器可彌補其性能上的不足。紅外線具有光束發(fā)散小的優(yōu)點,目前很容易得到光束視角小于5°的紅外線傳感器。
??相對于超聲波傳感器,其定向精度有了很大的提高。而且,還可以采用反應速度較快的紅外線傳感器(如光導紅外傳感器,其響應時間達到了微秒級)來消除超聲波傳感器盲區(qū),提高系統(tǒng)的整體性能。
??當紅外線反射型傳感器接通電源后,即從模塊內(nèi)部的紅外線反射管向前方發(fā)射紅外線,一旦有物體或人體進入其有效探測范圍內(nèi)時,紅外線就會有一部分被反射回來,被與發(fā)射管同排安裝的光敏接收管所接收,光敏接收管的電阻將因此減少,引起與其串連的電阻出現(xiàn)電壓變化,由電壓比較器處理后,在輸出端給出低電平信號,引起單片機中斷,從而進行有效控制。
??紅外線反射型傳感器的檢測距離與工作電壓密切相關(guān)。工作電壓越高,紅外線反射功率越強,檢測距離就越遠;反之,電壓低,檢測距離就相對較近。
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??3?系統(tǒng)總體方案
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??本文研究目標是利用單片機應用技術(shù)及傳感器探測技術(shù),開發(fā)一套傳感器定位測距系統(tǒng)。該系統(tǒng)將采用超聲波傳感器來測距,采用紅外線傳感器來定位,其組成框圖如圖3所示。
??系統(tǒng)包括四部分:超聲波收發(fā)部分、紅外線收發(fā)部分、控制部分和顯示部分??刂撇糠质且粋€單片機系統(tǒng),包括信號發(fā)射功能、信號判斷和分析功能以及控制顯示功能。
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??圖3?系統(tǒng)總體框圖
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??4?系統(tǒng)硬件設(shè)計
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??4.1?單元設(shè)計
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