文档介绍：一种基于超声波和红外的测距定位系统2011-09-0120:40:31来源:计算机测量与控制关键字:测距定位超声波通讯技术       引言传感器检测技术、无线电通讯技术、计算机控制技术是现代信息技术的三大支柱,它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。传感器技术是信息社会的重要技术基础,其品种、性能和质量直接决定了信息技术系统的功能和质量。因此有人说:“征服了传感器就等于征服了科学技术”。由此可见,传感器的开发与运用具有重大的意义。随着现代科学技术的发展,人们对传感器的性能水平及运用方式提出了更高的要求,而在被人们广泛运用的传感器家族中,超声波传感器和红外线传感器以其优异的性能得到人们的青睐,广泛用于军事、医疗、工业和家电产品。但目前超声波传感器和红外线传感器一般都是单独使用,由于这两种传感器具有功能互补的特点,故而应把这两种传感器综合起来,以制作出功能更全、精度更高、结构更简、成本更低的传感器探测系统。基于上述考虑,本文开展了基于超声波与红外线探测技术的测距定位系统的研究。 1 测距原理分析目前,超声波传感器广泛用作测距传感器,常作为一种辅助视觉手段与其他视觉工具(如CCD图像传感器)配合使用,可有效提高机器的视觉功能。超声波发生器超声波发生器可分为两大类:一类是用电气方式产生超声波;一类是用机械方式产生超声波。电气类包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械类包括加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也有所不同。目前常用的是压电式超声波发生器。压电式超声波发生器工作原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的,其外观结构与内部结构分别如图1和图2所示。 图1 超声波发生器外观结构 图2 超声波发生器内部结构该传感器有两个压电晶片和一个共振板,当其两极外加脉冲信号,且频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动产生超声波。反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将迫使压电晶片振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回,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340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离S,即:S=340t/2。 2 定位原理分析由于超声波传感器的波束发散比较严重,当超声波发射点距障碍物较远时,超声波传感器的方向定位精度较差,因而有必要引入其它方法或传感器来改善其性能。经查阅资料得知,红外线传感器可弥补其性能上的不足。红外线具有光束发散小的优点,目前很容易得到光束视角小于5°的红外线传感器。相对于超声波传感器,其定向精度有了很大的提高。而且,还可以采用反应速度较快的红外线传感器(如光导红外传感器,其响应时间达到了微秒级)来消除超声波传感器盲区,提高系统的整体性能。当红外线反射型传感器接通电源后,即从模块内部的红外线反射管向前方发射红外线,一旦有物体或人体进入其有效探测范围内时,红外线就会有一部分被反射回来,被与发射管同排安装的光敏接收管所接收,光敏接收管的电阻将因此减少,引起与其串连的电阻出现电压变化,由电压比较器处