用于小型无人机的超声波低空测高系统实验研究

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1、用于小型无人机的超声波低空测高系统实验研究刘博常信(内蒙古工业大学信息工程学院，内蒙古呼和浩特010051)摘要根据声波在空气中传播反射的原理，设计了一种基于超声波模块600和单片机C8051F121组成的小型无人机测高系统。主要针对当无人机起飞、降落时，提高高度测量的精度，详细介绍了超声波模块600的工作原理、软件设计及对实验数据的分析并得出结论。关键词超声波模块600C8051F121小型无人机ExperimentResearchofUltrasonicLow-altitudeMeasure

2、mentSystemforUsingSUVAUUBoCHANGJi(CollegeofInformationEngineering，InnerMongoliaUniversityofTechnology，Hohhot010051)AbstractAccordingtotheprincipleofultrasonictransmissionintheair．Inthepaper，asystemofahimetricmeasurementofSUVAwasmadeupofaultrasonicmod

3、ule600andaMCUC8051F121．Targe·tedfortakingoffandlandingUAV，Improvetheaccuracyofaltitudemeasurement，describedtheworkingprincipleofultrasonicmodule600，softwaredesignindetailandanalyzedthedataofexperimentalthentheconclusionWasdrawn．KeywordsUltrasonicmodu

4、le600C8051F121SUVA1引言小型无人机的大气数据测量通常包括飞行高度测量、空速测量和温度补偿，由于小型无人机的载重量有限，所以一般选择微压力传感器测量高度和空速，而微压力传感器在无人机起飞或降落时对高度测量存在比较大的绝对误差，所以在本设计中增加一个超声波模块来弥补无人机在起飞或降落时(高度在10m以下)对高度测量的不足，重点介绍超声波模块的测量。温度传感器测量的大气温度用来补偿大气密度和声速等系数，系统的整体框图如图1所示。l温度传感器卜一绝对压力传感器滤[(测量无人机-——●■

5、波八电叫广l飞行高度)路单片机八RS232一PC相对压力传感lC805IFl2l串口叫机器(测量无人卜一(A／D转换)叫通讯1．．．．．．．·．机飞行速度)I—===：1．麟L一图1系统的整体框图第3期用于小型无人机的超声波低空测高系统实验研究·75·2超声波测距原理本设计采用超声波往返时间检测法⋯，其原理为：检测从超声波发射器发出的超声波(假设传播介质为气体)，到接收到被测物反射回波的时间即往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的距离。而所测距离是声波传输距离的一半，即￡=÷玎

6、(1)式中：卜待测距离；卜超声波束的往返时间；卜超声波的声速。已知大气中的声速‰=331．6√l+历t∥s一331．6+o．607tm／s(2)式中：f——环境温度，单位摄氏度。超声波测距町以归结为对声波的往返时间测量上。其基本过程如图2所示。目标．超声换能器处理单元输出级图2超声波测距的基本原理图3超声波测距系统硬件构成本系统所设计的超声波测距系统硬件结构框图如图1所示，主要包括由超声波模块组成的数据采集模块，C805lFl21单片机组成的数据处理模块，C8051F121计算超声波往返时间，并

7、对通过式(1)计算超声波测得的实际距离，然后通过串口传送给上位机，在VB显示界面中显示出来。本设计采用美国senscomp公司的超声波模块600旧。如图3所示，测鞋精度1％，质量19g，供电电压6V一24V，供电电流55mA，发射超声波时要求供电电流能提供2A的负载能力，超声波发射频率50KHz，标称测量范围从6英寸(15．24cm)到35英尺(10．668m)。符合小型无人机在起飞、降落或低空飞行时，对高度测量的要求。圈3超声波模块600超声波测距模块600主要由TL85l控制驱动芯片【3J、

8、TL852接收放大芯片Ho和超声波探头组成，图4为超声波测距模块600的原理图。TL851主要用于驱动超声波探头发出超声波，控制TI．852接收回波的增益放大。TL851的启动开始于INIT端置逻辑高电平，发出16个脉冲驱动探头发送超声波。初始化一个超声波发送／接收周期，同时存在一个2．38ms的内部消隐，以避免TL852接收发送超声波时探头的谐振，保证测量的精度。在测量距离期间，INIT端口必须保持高电平。TL851外接一个420kHz的陶瓷谐振器，用于驱动振动频率为50kHz的超声波探头。当