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1、第4期(总第143期)机械工程与自动化No142007年8月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONAug1文章编号:167226413(2007)0420118203PIC单片机在超声波测距系统中的应用112宋敬国,李元宗,徐玉华(1.太原理工大学机械工程学院,山西 太原 030024;2.平顶山平高集团,河南 平顶山 467001)摘要:介绍了一种基于PIC单片机的避障机器人超声波测距系统,该系统通过测量输出脉冲宽度(即发射与接收超声波的时间间隔)来测量障碍物与避障机器人之间的
2、距离,从而控制机器人电机的停、转,达到对机器人的自动控制。并对实验结果进行了分析,基本可以达到实际应用的目的。该系统包括门控电路、放大电路及信号筛选、整形电路,具有硬件简单、工作可靠、测距误差小等特点。关键词:超声波;单片机;测距系统+中图分类号:TP274153 文献标识码:A0 引言本系统以PIC16F877单片机为核心,通过软件编在自主行走机器人系统中,机器人要实现在未知程实现其对外围电路的实时控制,并提供给外围电路和不确定环境下行走,必须实时采集环境信息,以实所需的信号,包括频率振动信号、数据
3、处理信号等,从现避障和导航,这必须依靠能实现感知环境信息的传而简化了外围电路,且移植性好。系统硬件电路方框感器系统来实现。视觉、红外、激光、超声波等传感图见图1。器都在行走机器人中得到广泛应用。由于超声波测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制,并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求,因此得到了广泛的应用。本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统,该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。1 超声波测距原理超声波发生器内部由两个压电片和一个
4、共振板组图1 系统硬件电路方框图成。当它的两极外加脉冲信号,且其频率等于压电晶由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带是否有障碍物,并不需要知道障碍物与机器人的具体动共振板振动,便产生超声波。反之,如果两极间未距离,因此不需要显示电路,只需要设定一距离阀值,加外电压,当共振板接收到超声波时,就成为超声波使障碍物与机器人的距离达到某一值时,单片机控制接收器。超声波测距一般有两种方法:①取输出脉冲机器人电机停转,这可通过软件编程实现。的平均电压值,该电压与距离成
5、正比,测量电压即可2 超声波发射电路测量距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与超声波的中心频率为40kHz,该频率可以通过以接收超声波的时间间隔t,根据被测距离s=vtö2来得下程序产生(部分源程序):LISTP=PIC16F877到测量距离,由于超声波速度v与温度有关,所以如INCLUDE"PIC16F877.INC"果温度变化比较大,应通过温度补偿的方法加以校正。LEDD1EQU00H;下降沿本测量系统采用第二种方法,由于测量精度要求不是LEDD2EQU01H;上升沿特别高,所以可以认为温度基本不
6、变。CNTEQU0CH;定时器计数变量收稿日期:2006211206;修回日期:2007202228作者简介:宋敬国(19782),男,山西临猗人,硕士研究生。2007年第4期 宋敬国,等:PIC单片机在超声波测距系统中的应用·119·ORG00H路中加一门控电路,该门控信号频率为4kHz,如把输BSFSTATUS,RP0出脉冲作为闸门信号,让已知频率fc的脉冲恰好通过CLRFTRIS,B闸门,那么t=NTc,其中,Tc为已知脉冲的周期,NBCFSTATUS,RO0REPEATMOVLW
7、LEDD1为脉冲的个数。MOVWFPORTB门控电路由RS触发器组成,当输入端R=1(S=CALLTIMER10)时复位,即输出端Q=0;当R=0(S=1)时置位,即MOVLWLEDD2Q=1。RS触发器与单片机的RA2口相连。CALLTIMER1GOTOREPEAT213 超声波放大电路211 超声波发射电路超声波放大电路由三极管等组成,由于单片机超声波发射电路以PIC16F877为核心,当单片机RA口最多只有20mA～25mA上拉电流,而超声波发上电时,单片机从RA0口产生40kHz的超声波信号,射器
8、最小需要60mA的电流,所以在与非门后加一级但是此时该信号无法通过与非门进入放大电路使超声放大电路来放大电流,以完成超声波的发射。超声波波发射头发射超声波,只有闭合开关S1时,从RA1口放大发射电路见图3。发射出一门控信号,该信号的频率为4kHz,同时启动单片机内部的定时器TMR1,开始计数。该门控信号每发射一个周期的波形,超声波就会发射10个完整的波形,这可由它们的频率得出。超声波的周期为1ö(40kHz)=01025ms,
