汽车倒车防撞自动测距报警系统设计

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1、超声波测距系统的障碍物检测摘要从超声波传感器获取的信息受传感系统的特性如敏感度，方向性等影响。为了探讨其影响力，我们建立了两个特性互不相同的超声波测距系统，相互借鉴，研究，以检测他们的性能如障碍物检测性及合成的声纳图。关键词：超声波测距，障碍物检测，声纳地图。Ⅰ引言对于移动机器人，无论是否具有环境地图，其都需要具有识别环境的功能来寻找不可预知的障碍物和机器人可以通过的路径，。至于射程传感器，可以测量与物体间的距离，超声波传感器普遍用于移动机器人中，因为它体积小，价格低廉，更易于距离的计算。目前的超声波传感器系统通常使用的飞行时间计算距离（飞

2、行时间）方法。到反射物的距离l通过公式l=ct/2计算。其中c是超声波在空气中的传播速度，t是往返飞行时间（图1）。飞行时间方法在回波幅度首次超过临界值后产生一个范围值。尽管像这样简单的方法，从超声波传感器获取的信息仍受传感系统的特性影响，例如它的环境等。为了探讨传感器系统的影响，我们建立了两个特性互不相同的超声波测距系统，相互借鉴，研究，检测他们的性能如障碍物检测性及合成的声纳图。图1TOF原理图在第二节，我们介绍两个我们开发的超声波测距系统，。其障碍物检测的可用性在第三节验证，声纳地图制作使用在第四部分。最后，给出的结论是在第五节。Ⅱ两

3、个超声波测距系统图2显示了反射波的模型，其中有两个对象在视野中。随着一个超声波的衰减和传播，反射回波幅度越远，对象就较小（甚至来自同一对象）。由于我们使用的压电式超声波传感器，我们分别使用一个发射器和接收器。因此，收到的波，包括从发射器接收的直接波必须被忽视。我们已经开发出一种超声波测距系统A，其中一个根本的方法是采用以下的[4][3]。超声波是由具有长爆破波的发射器发出，为了压电振子充分振动。一个范围值的计算方式是使用扩增回声飞行时间和阈值法水平。检测回声的阈值恒定不变，以简化电路。A系统每个信号的概念如图3所示。但是，这种系统存在一些问

4、题。首先，回波信号是缓慢上升，然而回波信号强度没有那么大。因此，易造成测量误差。为了减少这种测量误差，超声波必须加速增加。其次，测量范围是有限的，它由固定阈值水平决定。当级别设置较高时，不可能检测远距离物体。或者它当级别设置为低时可能检测出近距离的噪声。此外，喇叭连接到A体系中增加波强度。然而，它使方向性狭窄。图2反射波的模型图3A系统信号的概念为了解决A系统的问题，我们改进了发送和接收电路，开发了一种新型超声波传感器系统B。B系统每个信号的概念如图4所示。为了扩大回波信号的强度，加快了它的增加，一个单脉冲高电压用于发射器。峰值电压约为72

5、0V，尽管它在系统A中是12V的。这种方法有以下好处。首先，掩蔽时间随着传送时间的缩短可缩短。因此，它可以测量近距离物体。其次，通过利用高电压超声波脉冲发射，发射波上升时间缩短了。因此，测量误差可减少。对于接收，阈值水平随时间递减，并逐步适应回波振幅减少随距离增加。我们把这种方法称为时间阈值控制。此方法对于近处物体具有很强的噪声，而且可以测量较远距离的对象。宝丽来超声波测距定位传感器解决了随时间变化的放大系数这个问题。这就是所谓的时间增益控制。但电路复杂。为了以一个简单的电路解决这个问题，而不是放大因素，阈值水平应随时间变化。系统B增加衡量

6、的范围，减少测量误差，并以一个简单的电路提高测量性能。图4B系统信号的概念图5A系统获取的信号举例图5显示了由A系统获得的回声信号的例子。左边是一个直接波，右边是一个回音。在这种情况下，如果忽视了直接波，这时附近返回回声的物体则无法测量。此外，由于超声波缓慢上升造成测量误差。图6显示了由B系统获得的回声信号的例子。其表明直接波缩短，以及超声波上升时间也缩短。图7显示了B系统中的放大接收信号和阈值水平。接收波在4V左右达到饱和。直接波通过起初设置高的阈值水平被忽略。在此之后，阈值水平随时间递减。图6B系统获取的信号举例图7B系统中放大的接收信

7、号及极限值举例Ⅲ障碍物检测为了检测前面提到的两个超声波测距系统障碍物检测的实用性，我们测量了一个反射物体宽度的最大量测距离。传统的系统连接到角，以增加回波强度。我们测量的最大范围，而这些数据可以检测对象与实际距离误差。实验设置如图8，实验结果如图9所示。在图9，系统A的结果在图形下方，系统B在图形上方。实线表示测量值，虚线表示的到物体的实际距离。如图所示在A和B两个系统中，如果反射物体的宽度小于10厘米其可测量的距离锐减。不过，这个数字表明，系统B在不使用喇叭时可以比系统A测量得更远，而且系统B与实际物体的误差比A小。我们得出结论可靠性和测

8、量性能的改善B系统实现。在许多情况下，超声波传感器连接到一个喇叭，以增加换能器视线内波的强度，所以方向性变窄。窄指向性是为了更好地知道确切存在障碍的方向。然而，只有障碍物垂直于换