超聲波測距系統中單片機的應用

引言

　　在自主行走機器人系統中，機器人要實現在未知和不確定環境下行走，必須實時采集環境信息，以實現避障和導航，這必須依靠能實現感知環境信息的傳感器系統來實現。視覺、紅外、激光、超聲波等傳感器都在行走機器人中得到廣泛應用。由于超聲波測距方法設備簡單、價格便宜、體積小、設計簡單、易于做到實時控制，并且在測量距離、測量精度等方面能達到工業實用的要求，因此得到了廣泛的應用。本文所介紹的機器人采用三方超聲波測距系統，該系統可為機器人識別其運動的前方、左方和右方環境而提供關于運動距離的信息。

　　1　超聲波測距原理

　　超聲波發生器內部由兩個壓電片和一個共振板組成。當它的兩極外加脈沖信號，且其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發生共振，并帶動共振板振動，便產生超聲波。反之，如果兩極間未加外電壓，當共振板接收到超聲波時，就成為超聲波接收器。超聲波測距一般有兩種方法：①取輸出脈沖的平均電壓值，該電壓與距離成正比，測量電壓即可測量距離；②測量輸出脈沖的寬度，即發射超聲波與接收超聲波的時間間隔t,根據被測距離s=vt?2來得到測量距離，由于超聲波速度v與溫度有關，所以如果溫度變化比較大，應通過溫度補償的方法加以校正。

　　本測量系統采用第二種方法，由于測量精度要求不是特別高，所以可以認為溫度基本不變。

　　本系統以PIC16F877單片機為核心，通過軟件編程實現其對外圍電路的實時控制，并提供給外圍電路所需的信號，包括頻率振動信號、數據處理信號等，從而簡化了外圍電路，且移植性好。系統硬件電路方框圖見圖1。

　　由于本系統只需要清楚機器人前方、左方、右方是否有障礙物，并不需要知道障礙物與機器人的具體距離，因此不需要顯示電路，只需要設定一距離閥值，使障礙物與機器人的距離達到某一值時，單片機控制機器人電機停轉，這可通過軟件編程實現。

　　2　超聲波發射電路

　　超聲波的中心頻率為40kHz,該頻率可以通過以下程序產生（部分源程序）：