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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，研究对于移动机器人，环境，。至于射程传感器可以测量的，超声波传感器移动机器人，因为它价格低廉，易于距离。目前的超声波传感器系统通常使用的时间计算距离（飞行时间）方法。其中c，t是往返时间（图1）。飞行时间方法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，，它的环境等。传感器系统的相互借鉴，研究图1 TOF 原理图 在第二节，我们介绍两个超声波测距系统，。其障碍可用第三节，声纳地图制作使用四。最后，给出的结论是在第五节图2显示了反射波，其中有两个对象。一个超声波衰减和传播，反射回波幅度远对象较小（甚至来自同一对象）。由于我们使用的压电式超声波传感器，我们使用一个发射器和接收器。因此，收到的波，包括从发射器必须忽视。图2反射波的模型 图3 A系统信号的概念 为了解决系统的问题，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为了扩大回波信号的强度，加快了它，一个单脉冲高电压。峰值电压约为720V，尽管它系统A 12V的这种方法有以下好处。首先，掩蔽时间传送时间缩短可缩短。因此，它可以测量近距离。其次，利用高电压超声波脉冲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，并逐步回波振幅随距离。我们把这种方法时间阈值控制。此方法具有很强的噪声，而且可以测量对象。宝丽来超声波测距定位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。为了一个简单的电路，而不是放大因素，水平应随时间变化。系统衡量的范围，减少测量误差，并一个简单的电路性能图4 B系统信号的概念 图5 A系统获取的信号举例 图5显示了A系统获得信号的左边是一个直接，右边是一个回音。在这种情况下，如果忽视了直接，这无法。此外，由于超声波缓慢上升造成测量误差。图6显示了系统获得信号的直接波缩短，以及超声波上升时间也缩短。图7显示了放大接收信号阈值水平波4V左右达到饱和。直接波被忽略。在此之后，阈值水平随时间。 图6 B系统获取的信号举例 图7 B系统中放大的接收信号及极限值举例 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。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实际距离误差。实验设置如图8，实验结果如图所示。在图9，系统A的结果，系统B。实线表示值，虚线表示的实际距离。图所示在A和B两个系统，的宽度小于10厘米。不过，这个数字表明，系统B，我们得出结论可靠性和测量性能在许多情况下，超声波传感器连接到一个，以增加，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，。。因此，如图所示宽指向性。系统B，因此，在下一节验证系统B的指向性可宽，并提供更适合的障碍检测 图8 反射物体宽度的最大量测距离实验设置 图9 反射物体宽度的最大量测距离实验结果 图10 障碍物检测的超声波测距方向性 Ⅳ 声纳地图理解 我们调查使用两个超声波测距系统。该地图的制作方法是为范围数据沿传感器放置在一个方向测量范围。有围墙和直角弯道（凸，凹）。系统使用了一个，以增加其强度。每个系统我们的移动机器人“YAMABICO”[5]（图11），以及该系统的旋转方向是由机器人改变。实验环境如图12，系统A和B的实验结果显示在图13和14。这些传感器被原点（0，0）。系统移动机器人“YAMABICO”右侧是一个方向的发送和接收（70毫米60毫米），左边是发送和接收电路（70毫米72毫米）。传感器直接连接到电路板，没有。图12实验环境。传感器被置于0点图1系统作为一个结果，看来这个系统有一个狭窄的方向性另外，传感器的线路和围墙的法线方向角变大回波强度变。然后，后来的回声振幅超过一个阈值水平因此，该区域的数据在圆与墙接触弧，其中心与上述相比，图表明，B可以检测在每一个回声由于回波信号的强度大。从这个可以看到，该系统指向性宽，由于距离数据躺在一个传感器与圆的弧线。因此，当一个机器人移动，障碍是可以检测到，即使他们没有到换能器的视线。因此，从上述结果：。传感器的指向性取决于换能器，由此得到的声纳地图形状急剧根据传感器的特点，如灵敏度，方向性等。声纳地图的认识应当做细心，因为声纳地图形状可能在很大程度上如果机器人感知能力，我们可以信任机器人。不幸的是，几乎电流传感器并没有那么聪明，能力是有限的。因此，我们必须小心机器人的存在图13 系统A 的合成声纳地图 图14 系统B 的合成声纳地图 Obstacle Detecta