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双接收头在智能小车系统中的应用

2020-07-14 01:00:37

 

  1 引言

  超声波传感器因其测量精度高、 响应快和价格低廉而得到了广泛应用,传统应用方式是1 个发射头对应1 个接收头 ,也有多个发射头对应1 个接收头。但我们在实际应用中发现,如果障碍物的面很大(如墙壁),超声波传感器可以用来准确测距,但若将其应用在小车防撞系统中,由于障碍物呈柱状,而超声波发射头有一定的散射角(左右),因此即使障碍物不在小车正前方,超声波仍能检测到斜前方回波,这就给智能控制车辆行进带来困难和误导,为了解决这一问题,我们提出了一种使用双接收头的方案,并从实用角度给出了一套具体控制策略。

  2系统的结构流程设计

  我们的整个系统需要完成测距,测速,定位,控制小车运动等功能,系统包括如下六部分: 超声波发射电路, 超声波接受电路,信号处理器,温度测量,小车控制电路等五部分。系统结构框图如图一所示:

  

 

  图1:系统结构框图

  通过单片机产生40k 的方波,经过放大后驱动超声波传感器发射头,从而发出超声波,遇到前方物体反射后由接收端捕捉,经过对两个接收头捕捉时间的计算以及加入温度补偿,判断最终前方小车的方向与距离,再通过与前次数据差分计算出其相对前车的速度,最后通过速度、距离以及位置三个数据进行智能控制,控制小车转弯或减速慢行等。

  具体的硬件组成为:MCU 采用AT89S52 单片机,P1.0 口输出超声波换能器所需的40K 方波信号,经过反相器7404 后驱动传感器,为了能使超声波发射得更远,我们并接了三个发射头,利用外中断0 口监测超声波接收电路输出的返回信号,回波检测采用红外检测集成芯片CX20106,显示电路采用简单的4 位共阳LED数码管,断码用74LS244,位码用8550 驱动。测温部分使用18B20 测出当前的环境温度用以判断出超声波传播的速度。

  3 MCU 算法控制

  3.1 距离计算与方位判断

  单片机可以计算出发射与接收到超声波之间的时间,根据测温系统的实际测温, 查找出在该对应温度下的声速,计算出反射物距离两接收端的距离。 理论上由以上两个数据上就可以直接数学推导出该物体的空间位置(如图2 和公式一、二所示)。