導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇超聲波傳感器，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1.引言

隨著自動化等新技術(shù)的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，一切現(xiàn)代化儀器、設(shè)備都離不開傳感器。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動化生產(chǎn)過程中，用各種傳感器來監(jiān)測和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，如溫度、壓力、流量，等等，以便使設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。

20世紀(jì)中葉，人們發(fā)現(xiàn)某些介質(zhì)的晶體（如石英晶體、酒石酸鉀鈉晶體、PZT晶體等）在高電壓窄脈沖作用下，能產(chǎn)生較大功率的超聲波。它與可聞聲波不同，可以被聚焦，能用于集成電路的焊接、顯像管內(nèi)部的清洗；在檢測方面，利用超聲波有類似于光波的折射、反射的特性，制作超聲波納探測器，可以用于探測海底沉船、敵方潛艇，等等。

現(xiàn)在超聲波已經(jīng)滲透到我們生活中的許多領(lǐng)域，例如B超、遙控、防盜、無損探傷，等等。

2.超聲波的概念

人們能聽到聲音是由于物體振動產(chǎn)生的，它的頻率在20Hz―20kHz范圍內(nèi)，稱為可聞聲波。低于20Hz的機(jī)械振動人耳不可聞，稱為次聲波；高于20kHz的機(jī)械振動稱為超聲波，常用的超聲波頻率為幾十kHz至幾十MHz。

超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）和縱向振蕩（縱波）。工業(yè)中的應(yīng)用常采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，但傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波頻率較低，一般為幾十kHz，但衰減較快；在固體、液體中傳播頻率較高，但衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。

3.超聲波的特點(diǎn)

超聲波的指向性好，不易發(fā)散，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，在穿透幾米厚的鋼板后，能量損失不大。超聲波在遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。超聲波的頻率越高，其聲場指向性就越好，與光波的反射、折射特性就越接近。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲波測量儀器及裝置，并在通信、醫(yī)療、家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。

4.超聲波傳感器的原理

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，由發(fā)送傳感器、接收傳感器、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測。實(shí)際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可用作接收器傳感器上的陶瓷振子。控制部分主要對發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比、稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測距離等進(jìn)行控制。超聲波傳感器電源可用DC12V±10%或24V±10%。

5.超聲波探頭

超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術(shù)中主要采用壓電式。由于其結(jié)構(gòu)不同，換能器又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭，等等。本文以固體傳導(dǎo)介質(zhì)為例，簡要介紹以下三種探頭。

（1）單晶直探頭。俗稱直探頭，其壓電晶片采用PZT壓電陶瓷制作。發(fā)射超聲波時，將500V以上的高壓電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出一束頻率落在超聲波范圍內(nèi)、持續(xù)時間很短的超聲振動波，垂直投射到試件內(nèi)。假設(shè)該試件為鋼板，而其底面與空氣交界，到達(dá)鋼板底部的超聲波絕大部分能量被底部界面所反射。反射波經(jīng)過一短暫的傳播時間回到壓電晶片。再利用壓電效應(yīng)，晶片將機(jī)械振動波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。

（2）雙晶直探頭。由兩個單晶探頭組合而成，裝配在同一個殼體內(nèi)，其中一片晶片發(fā)射超聲波，另一片晶片接收超聲波。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜一些，但檢測精度比單晶直探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路較單晶直探頭簡單。

（3）斜探頭。有時為使超聲波能傾斜入射到被測介質(zhì)中，可選用斜探頭。壓電晶片粘貼在與底面成一定角度的有機(jī)玻璃斜楔塊上。當(dāng)斜楔塊與不同材料被測介質(zhì)接觸時，超聲波產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，折射角可通過計(jì)算求得。

6.超聲波傳感器的應(yīng)用

超聲波傳感器應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的不同方面，而醫(yī)學(xué)應(yīng)用是其最主要的應(yīng)用之一。超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對受檢者無痛苦、無損害，方法簡便，顯像清晰，診斷的準(zhǔn)確率高，等等，因而受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。超聲波診斷是利用超聲波的反射原理，當(dāng)超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面時，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲振幅的高低。

在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對金屬的無損探傷、超聲波測厚和測量液位等。過去，許多技術(shù)因?yàn)闊o法探測到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感器的出現(xiàn)改變了這種狀況。超聲波探測既可檢測材料表面的缺陷，又可檢測材料內(nèi)部幾米深的缺陷。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無聲息”地探測人們所需要的信號。

超聲波測量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號后計(jì)算其超聲波往返的傳播時間即可換算出距離或液位高度。超聲波測量方法有許多其他方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：（1）無任何機(jī)械傳動部件，也不接觸被測液體，屬于非接觸式測量，不怕電磁干擾、酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長；（2）響應(yīng)時間短，可以方便地實(shí)現(xiàn)無滯后的實(shí)時測量。

7.結(jié)語

超聲波傳感器應(yīng)用起來原理簡單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點(diǎn)，比如反射問題、噪音問題、交叉問題，等等。本文簡要介紹了超聲波的概念、特點(diǎn)，分析了超聲波傳感器的原理，并給出了超聲波傳感器的幾種典型應(yīng)用，對今后對超聲波傳感器的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究有一定的參考價值和實(shí)用價值。

參考文獻(xiàn)：

［1］梁森，黃杭美.自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］吳旗.傳感器及應(yīng)用.高等教育出版社，2002，（3）.

篇2

在煤礦企業(yè)進(jìn)行煤礦的采挖生產(chǎn)過程中，礦井提升機(jī)是其中的重要設(shè)備，提升機(jī)運(yùn)行時的穩(wěn)定可靠性與安全性，直接關(guān)系到煤礦企業(yè)的采礦生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)收益。現(xiàn)在很多礦井的提升機(jī)處在爬行段與減速段時對于速度的控制能力比較差，經(jīng)常會發(fā)生在減速段提升機(jī)控制不穩(wěn)定和?？课恢貌粔蚓珳?zhǔn)等現(xiàn)象，大大增加了提升系統(tǒng)的機(jī)械沖擊力，使得系統(tǒng)的運(yùn)行壽命減少，從而很大程度上使得系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性與安全性降低了。

一、現(xiàn)有礦井提升系統(tǒng)的弊端

目前大多數(shù)實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)減速段速度的方案為通過動桿連接深度指示器和提升機(jī)的主軸，通過安裝有凸輪板的減速圓盤然后一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)提升機(jī)到達(dá)減速段時，凸輪板就會壓動自整角機(jī)，然后按照凸輪板的曲線進(jìn)行轉(zhuǎn)動，最終將自整角機(jī)的輸出電壓送給電氣控制裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)方案有下面幾個缺點(diǎn)。（1）該種系統(tǒng)的提升機(jī)的減速主要是依靠凸輪板的外形進(jìn)行控制，然而這樣的凸輪板的外形都不規(guī)則，這就使得在對其的制作加工過程中工藝復(fù)雜，不容易加工。（2） 很明顯，凸輪板與自整角機(jī)要進(jìn)行物理接觸，則就使得在使用過程中容易受到外界各種因素的干擾，從而影響輸出電平的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致在減速段的運(yùn)行穩(wěn)定性，造成對提升裝置的物理沖擊，增加了額外負(fù)荷。（3）由于自整角機(jī)的額定工作電壓為110伏，因而需要單獨(dú)的電源為其進(jìn)行供電，這在某種程度上增加了器件與發(fā)生故障的因素，而且其輸出的電壓范圍為交流0～50伏，需要通過將此交流電壓變?yōu)橹绷餍盘柌拍芴峁┙oPLC控制芯片，另外其輸出的電壓的精度度不高。

二、利用超聲波傳感器的提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

針對上述的這些缺點(diǎn)，現(xiàn)采用非接觸式測量的超聲波測距傳感器，其額定電壓小，不易受到外界因素的干擾，而且能夠輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)直流信號給PLC芯片，從而在提升機(jī)的減速段能夠保證提升機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定與控制精度，有效保證了礦井的生產(chǎn)安全。

（一）利用超聲波進(jìn)行測距的基本原理。主要是在測量距離上利用超聲波的反射原理。其反射原理如下： 由換能晶片產(chǎn)生并發(fā)射超聲波出去后，波在傳播的途中由于目標(biāo)的阻擋作用進(jìn)而產(chǎn)生反射波，然后反射波發(fā)射到換能晶片上，通過內(nèi)部傳感器等對超聲波的發(fā)射時刻與到達(dá)時刻的時間進(jìn)行插值計(jì)算，就非常容易的得兩點(diǎn)之間的距離D：

D=c*（t/2）

其總，c代表空氣中的超聲波的速度；t則表示超聲波在收發(fā)兩點(diǎn)之間的時間差。

（二）減速段的提升機(jī)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用超聲波發(fā)射原理測量距離方法，現(xiàn)利用可編程邏輯控制單元、超聲波傳感器以及變頻器對減速段的提升機(jī)進(jìn)行速度控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)原理概況框圖如下所示：

如上圖所示，礦井的提升機(jī)在到達(dá)停車位置的過程中，超聲波測距傳感其會為PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)時提供測量電流信號，PLC芯片將信號提取后經(jīng)過減速曲線算法計(jì)算出減速段的提升機(jī)應(yīng)當(dāng)具有的速度信號，從而將此信號通過相關(guān)轉(zhuǎn)換送給變頻器，進(jìn)而對電動機(jī)的速度進(jìn)行控制。

（三）本系統(tǒng)中的硬件選型要求。（1）對超聲波測距傳感器的型號規(guī)格要求：選擇的超聲波測距傳感器的輸出電壓要與

PLC芯片所需的的供電電壓保持一致，并使得輸出的電流信號的強(qiáng)度為4～20mA，這樣對于傳感器獲得模擬量采集模塊和電源的反饋信號較為有利。根據(jù)如上要求，現(xiàn)選取S18U1A超聲波測距傳感器。（2）對PLC及其擴(kuò)展模塊的選型要求：根據(jù)實(shí)際需要，現(xiàn)選取西門子公司的S7-300系列的芯片，具有標(biāo)準(zhǔn)的

CPU314，內(nèi)置一個RS485接口；擴(kuò)展輸入輸出口選擇SM323，擴(kuò)展模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊需選SM331；擴(kuò)展模數(shù)轉(zhuǎn)換器選用SM332。

三、提升機(jī)減速段的減速曲線算法分析

把超聲波測距傳感器使用為測量模塊，那么系統(tǒng)中用到的凸輪板就完全可以直接加工成三角形狀，并把此凸輪板固定在深度指示器的減速圓盤上，并把超聲波傳感器的檢測面設(shè)定為凸輪板的斜邊，再將傳感器安裝固定在凸輪斜邊右邊的支架上。如圖2所示：

為了滿足《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定要求，以及能夠在井口處能夠安全穩(wěn)步停車，現(xiàn)對該系統(tǒng)中的減速曲線算法進(jìn)行分析。假設(shè)提升機(jī)減速度為a，提升機(jī)的額定速度為v0，減速距離為s0，則有如下公式：

當(dāng)提升機(jī)的額定速度一定的情況下，在滿足上述不等式以及到達(dá)預(yù)定位置時的速度不超過2m/s的條件下，可對減速度a與減速距離s0進(jìn)行修正。那么有滿足如下函數(shù)式：

該控制系統(tǒng)的控制模塊所需的數(shù)字量、速度以及位移之間有下面的關(guān)系：SM331的分辨率為12位，其相應(yīng)數(shù)字量為0到4096；而超聲波測距傳感器S18UIA的輸出的直流電流則為4至20mA，能夠檢測到的動態(tài)距離范圍為30到300mm。通過上面的數(shù)據(jù)就能夠把數(shù)字量與模擬量之間的關(guān)系表達(dá)出來為：

m=4096/（20～4），那么傳感器所能檢測到的距離與模擬量的關(guān)系可表示成n=（300～30）/（20～4）。如果按照檢測距最大為300 mm來加工制造凸輪板，那么凸輪板的尺寸將會有非常大，這將會對深度指示器的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，通過相應(yīng)的測試試驗(yàn)，超聲波檢傳感器所能測距的最佳動態(tài)范圍可為30 到210 mm之間。

現(xiàn)規(guī)定提升機(jī)的額定速度為2.5m/s，停車時的速度為0，減速度為0.2m/s，則可算出減速位移為15.6m；按照SM331移動后的數(shù)字量與上述公式，有如下公式

進(jìn)而PLC算出d0=（2560/2.5）*v，將此數(shù)據(jù)量送至SM332，然后SM332輸出標(biāo)準(zhǔn)的電流控制信號控制變頻器，從而最終實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行有效控制。

在提升機(jī)減速段的系統(tǒng)中采用超聲波測距傳感器作為距離采集的手段，以西門子公司的PLC控制芯片為控制核心，開發(fā)出一套能夠?qū)μ嵘龣C(jī)在減速段的速度進(jìn)行有效、穩(wěn)定的控制的單元系統(tǒng)，能夠克服傳統(tǒng)提升機(jī)控制系統(tǒng)在減速段的諸多缺陷，大大提高了提升機(jī)在減速段的性能。

篇3

一、課題背景和研究意義

近年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，人們的生活水平也不斷提高，新科技產(chǎn)品走近人們身邊，機(jī)器人的功能和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。機(jī)器人的功能由只能從事簡單的、固定的操作，向可以從事多種任務(wù)擴(kuò)展；機(jī)器人的工作環(huán)境從工廠或者車間現(xiàn)場，走向海、陸、空，走入醫(yī)院、辦公室、家庭以及各種娛樂場所；機(jī)器人的應(yīng)用行業(yè)已經(jīng)不局限于制造業(yè)，向醫(yī)療、服務(wù)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、搜救、建筑、海洋等非制造業(yè)領(lǐng)域進(jìn)軍，這就要求機(jī)器人具有自主移動的功能。目前，移動機(jī)器人是機(jī)器人科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，它可以移動到固定機(jī)器人無法到達(dá)的位置，從而完成特殊的操作任務(wù)。輪式移動機(jī)器人具有控制簡單、運(yùn)動穩(wěn)定、滑動摩擦阻力小、能源利用率高、不必要考慮行走的平衡性等優(yōu)點(diǎn)，正在向?qū)嵱没杆侔l(fā)展。本課題研究的目的意在設(shè)計(jì)出基于傳感器的可以實(shí)現(xiàn)行走、避障、轉(zhuǎn)向等功能的移動機(jī)器人。

目前，移動機(jī)器人控制技術(shù)的研究關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢包括以下幾點(diǎn)：

1.路徑規(guī)劃控制技術(shù)。傳感器將實(shí)時探測到得工作環(huán)境信息反饋給移動機(jī)器人，從而獲得障礙的形狀、尺寸及位置信息，并作出局部路徑規(guī)劃。

2.傳感技術(shù)。機(jī)器人對自身及外部障礙物位姿信息的檢測以及處理，獲取有效的環(huán)境信息，為決策系統(tǒng)提供保障。

3.多傳感器信息融合技術(shù)。將不同傳感器反饋的局部信息整合，消除多傳感器間的冗余信息，排除矛盾，提高檢測環(huán)境的準(zhǔn)確性，從而提高系統(tǒng)的決策及規(guī)劃的準(zhǔn)確性。

4.開發(fā)技術(shù)。研究開放式控制系統(tǒng)和模塊化控制系統(tǒng)作為開發(fā)的重點(diǎn)技術(shù)。

5.智能化技術(shù)。知識理解、反應(yīng)、歸納、推斷和問題求解等內(nèi)容是智能控制系統(tǒng)智能化的主要研究內(nèi)容[3]。

從以上的分析可以看出，移動機(jī)器人要走向?qū)嵱?，必須擁有穩(wěn)定的運(yùn)動系統(tǒng)、可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)、精確的感知能力和具有既安全又友好地與人一起工作的能力。

二、多超聲波傳感器及信息融合

超聲波頻率為20kHz以上，波長較短，繞射小，能夠按照指定方向傳播。超聲波的頻率越高與光波的相似性越大，其指向性強(qiáng)，速度快，能耗消失緩慢，可在較遠(yuǎn)距離中傳播，距離分辨率又高，同時還具有小體積，輕質(zhì)量，易于安裝，并且不易受到外界環(huán)境的干擾等突出優(yōu)點(diǎn)。因此，超聲波傳感器在移動機(jī)器人的測距方面也得到了廣泛的應(yīng)用。

多超聲波傳感器的信息融合的目標(biāo)就是滿足系統(tǒng)的實(shí)際要求，將環(huán)境信息從多超聲波傳感器中提取并合成，以全面準(zhǔn)確的描述環(huán)境信息。它一方面要求多超聲波傳感器系統(tǒng)和其信息系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)，有機(jī)融合以充分體現(xiàn)信息資源的價值；另一方面要求抽象合成，以減少超聲波系統(tǒng)的信息通訊與信息處理壓力策略。經(jīng)優(yōu)化處理后的多傳感器信息具有信息冗余性、信息互補(bǔ)性、信息低成本性和信息實(shí)時性，因而可以比較完整地、更精確地反饋環(huán)境特征。

目前，使用的多傳感器數(shù)據(jù)融合方面具體的方法包括加權(quán)平均法、貝葉斯估計(jì)法、卡爾曼濾波法、模糊積分法、確定性理論法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及D-S推理法等。

在D-S推理中，基本概率賦值函數(shù)的數(shù)據(jù)計(jì)算、合成都可以通過D-S合成公式進(jìn)行處理，但是當(dāng)決策框架復(fù)雜時，基本概率合成公式處理的數(shù)據(jù)量將大大增加。D-S理論法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要先驗(yàn)概率的信息，因此廣泛應(yīng)用于故障診斷、目標(biāo)識別、綜合規(guī)劃等領(lǐng)域。

本文采用D-S論證法將多傳感器信息融合。其基本概率分配函數(shù)滿足：

三、機(jī)器人避障系統(tǒng)分析

本文設(shè)計(jì)的移動機(jī)器人為三輪機(jī)構(gòu)，其中包括：前輪一個，為驅(qū)動輪和操舵輪；后輪兩個，主要起支撐作用，為隨動輪。前輪的驅(qū)動與轉(zhuǎn)向分別由直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。

直流電動機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)為：啟動性能、制動性能良好，可以在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑的調(diào)速，因此廣泛應(yīng)用于需要快速正反轉(zhuǎn)的電力系統(tǒng)中。

步進(jìn)電機(jī)是無刷電機(jī)，因?yàn)樗拇朋w轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)軸上，繞組裝在機(jī)殼上，沒有電刷。轉(zhuǎn)子自由的旋轉(zhuǎn)，與任何構(gòu)件沒有電器上的接觸。它能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，因此步進(jìn)電機(jī)非常適合于單片機(jī)控制。

本系統(tǒng)以SPCE061A為核心，采用六個超聲波傳感器，分為兩組，每組由三個超聲波傳感器模組完成測距任務(wù)，每組超聲波測距模組分別在小車的正前方排布和正后方成線陣列傳感器分布。超聲波傳感器通過轉(zhuǎn)接板模擬數(shù)字開關(guān)CD4052與SPCE061A板進(jìn)行獨(dú)立通訊，將測量距離反饋給單片機(jī)，使其對控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對小車車身的姿態(tài)調(diào)整糾正及障礙進(jìn)行自主避障。

路徑規(guī)劃是機(jī)器人在未知的、有障礙物的環(huán)境中，安全地避開障礙物，找到一條合適路徑順利地從起點(diǎn)移動到終點(diǎn)。根據(jù)對不同工作環(huán)境的認(rèn)知程度，可以將移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃劃分為兩大類：一類是基于完整環(huán)境信息的全局路徑規(guī)劃，即靜態(tài)或離線路徑規(guī)劃；另一類是基于環(huán)境信息部分已知或者完全未知的情況下依靠傳感器感知環(huán)境信息和作出規(guī)劃的局部路徑規(guī)劃，即動態(tài)或在線路徑規(guī)劃。

本文的輪式機(jī)器人采用超聲波傳感器來探測障礙物以獲得環(huán)境信息，具有近似、不完善性并且混雜著一定的噪聲，而模糊邏輯算法的一個突出優(yōu)點(diǎn)是能處理這種不確定輸入信息，并且能產(chǎn)生較為光滑的輸出量。其次，輪式移動機(jī)器人動學(xué)模型比較復(fù)雜，因此難以確定，而模糊邏輯算法是不需要精確的數(shù)學(xué)模型。此外，輪式移動機(jī)器人為一個典型時延、非線性的不穩(wěn)定系統(tǒng)，而模糊邏輯算法可以實(shí)現(xiàn)輸入空間與輸出空間之間非線性映射。因此，我們選擇模糊邏輯算法進(jìn)行本文的輪式移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法。

結(jié)論

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一、靶式流量傳感器在鉆井液出口流量檢測中的弊端

現(xiàn)場流量傳感器均采用靶式流量傳感器，該傳感器測量原理是依據(jù)出口鉆井液流量大小的變化使得出口流量管內(nèi)鉆井液液面的高低起伏變化，從而帶動靶式流量傳感器的擺動把一起擺動，擺把帶動緊固在其根部的圓形滑動變阻絲不斷滑動，使滑動變阻器的輸出電阻發(fā)生瞬時變化，傳感器將可變電阻的輸出電阻的變化轉(zhuǎn)化成輸出電流的變化，在儀器上通過標(biāo)定反映出所要測量出口流量的大小變化，從而實(shí)現(xiàn)定量檢測出口流量大小的目的。由于出口流量的變化加之架空槽坡度較大，使得出口流量液面起伏較大，所以靶式流量傳感器不停擺動，這樣傳感器電阻滑動圈由于頻繁不斷的來回滑動很容易損壞， 再者就是由于把手不斷擺動使得機(jī)械轉(zhuǎn)動部分容易磨損損壞，以及容易產(chǎn)生把手與滑動軸承之間松動而出現(xiàn)變阻絲不滑動等情況，加之傳感器安裝在高空流量管線上，這會給現(xiàn)場維護(hù)、維修和更換流量傳感器帶來很大的麻煩。

二、超聲波體積傳感器在鉆井液出口流量檢測中的實(shí)踐分析

超聲波體積傳感器是利用傳感器發(fā)射和接受超聲波的時間差來計(jì)算鉆井液池液面高度的原理來設(shè)計(jì)的，使用超聲波體積傳感器來測量出口架空槽內(nèi)鉆井液液面的高度變化，能反應(yīng)出口流量的大小變化。超聲波傳感器測量反應(yīng)靈敏，精度高，不易損壞，加之安裝位置靈活，可以選擇在方便維護(hù)的位置安裝，極大地降低流量傳感器的維修次數(shù)和頻率，減小操作人員工作量，降低流量傳感器成本，提高錄井資料的質(zhì)量。

靶式流量傳感器測量原理就是依據(jù)出口流量的變化導(dǎo)致出口管內(nèi)鉆井液液面高低發(fā)生變化，從而帶動流量傳感器靶手上下擺動，形成傳感器輸出電阻變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成傳感器的輸出電路的變化，所以反映出了流量大小。通過分析不難看出，鉆井液流量大小變化實(shí)質(zhì)上是管內(nèi)液面高度的變化，而靶式流量傳感器問題之多、壽命之短能不能找個替代傳感器來取代現(xiàn)用的傳感器，通過上面分析，出口流量的變化其實(shí)質(zhì)是出口流量管內(nèi)液面高度的變化，超聲波體積傳感器就是通過傳感器檢測池內(nèi)液面高度的變化來實(shí)現(xiàn)測量池體積的變化。因此，可以使用超聲波體積傳感器來替代靶式流量傳感器來測量出口流量的變化。

超聲波體積傳感器其測量池體積原理是利用傳感器發(fā)射和接受超聲波的時間差來計(jì)算鉆井液池液面距離傳感器探頭之間的高度的原理來設(shè)計(jì)的，進(jìn)而根據(jù)液面高度與池體積的關(guān)系來反映出鉆井液池體積的變化來。依據(jù)這個原理，使用超聲波體積傳感器來測量出口架空槽內(nèi)鉆井液液面的高度變化，也就是反應(yīng)出口流量的大小變化。而且，超聲波傳感器反應(yīng)靈敏，測量精度高，不易損壞，加之安裝位置靈活，可以選擇在方便維護(hù)的位置安裝，這樣極大地降低流量傳感器的維修次數(shù)和頻率，大大減輕現(xiàn)場設(shè)備操作人員的傳感器維護(hù)保養(yǎng)強(qiáng)度，降低流量傳感器成本，提高錄井資料的質(zhì)量。

三、超聲波體積傳感器安裝與應(yīng)用

超聲波體積傳感器主要是改造安裝傳感器的固定支架是能否用超聲波體積傳感器替代傳統(tǒng)靶式流量傳感器的關(guān)鍵所在。首先要做好安裝前的超聲波支架改造工作。支架焊接需要注意四面的加高鐵板一定要焊垂直，否則會影響使用后的測量效果，一旦焊接不正，很有可能造成傳感器信號不是和液面垂直，而是有一定的角度，這就會造成測量數(shù)據(jù)波動，甚至跳動，從而出現(xiàn)假的“流量波動信號”，給正確判斷出口流量變化造成不必要的麻煩。所以這一點(diǎn)一定要把握好，確保超聲波流量傳感器信號的質(zhì)量。再就是開口不能太小，至少20cm*20cm，否則超聲波流量傳感器容易受到四壁的鐵板干擾而造成測量值跳動，給超聲波流量傳感器正常使用帶來很大的麻煩。另外超聲波流量傳感器安裝要求垂直于液面，并與四壁平行，確保超聲波流量傳感器使用不受干擾，其信號只反映液面高度的變化。

為確保超聲波流量傳感器固定支架改造、安裝的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，要求錄井技術(shù)人員首先要準(zhǔn)備好圖紙，在圖上標(biāo)注好相關(guān)材料的大小尺寸和技術(shù)要求，最好采用標(biāo)準(zhǔn)的三維可視圖，把空間尺寸和關(guān)系交代清楚，并標(biāo)上尺寸大小，和技術(shù)要求。圖紙要求規(guī)范準(zhǔn)確，三視圖必須準(zhǔn)確。做好圖紙后，要求反復(fù)審核，確保無誤后交付井隊(duì)施工焊接技術(shù)人員準(zhǔn)備開始施工。在整個施工過程中，要求錄井技術(shù)人員全程協(xié)助并監(jiān)督井隊(duì)焊接技術(shù)人員，從取材、四塊加高開口的鐵板割取、焊接、以及加高后焊接傳感器固定支架的平面方板，均要為工程提供準(zhǔn)確的尺寸和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。并協(xié)助鉆井焊接技術(shù)人員完成相關(guān)工作。確保超聲波流量傳感器安裝支架焊割質(zhì)量、焊接質(zhì)量，通過控制安裝質(zhì)量來控制超聲波流量傳感器工作質(zhì)量，從而盡量避免超聲波流量傳感器信號干擾，提高超聲波流量傳感器的測量準(zhǔn)度。

篇5

1 膠缸液面檢測方式對比

我廠包裝設(shè)備中有兩種主要機(jī)型，一種為在國內(nèi)市場占有率較高的GD包裝機(jī)，生產(chǎn)能力400包/小時。另一種是新型高速機(jī)ZB47生產(chǎn)能力500包/小時。在卷煙生產(chǎn)過程中膠缸液面檢測一直是困擾生產(chǎn)效率提高的環(huán)節(jié)。GD包裝機(jī)液面檢測傳感器是電容傳感器開關(guān)量輸出。在生產(chǎn)過程中有時會出現(xiàn)誤動作，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。而在ZB47高速機(jī)上膠缸液面檢測采用的是基于超聲波傳感器的液位高度測量系統(tǒng)。

該測量系統(tǒng)中超聲波傳感器的原理：超聲波可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播，由于超聲波具有定向性好，能量集中，在傳輸過程中衰減小，反射能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，超聲波傳感器可廣泛應(yīng)用于非接觸式檢測法，不受光線，被測物顏色等的影響，它不僅能夠定點(diǎn)和連續(xù)測液位。與其他測位技術(shù)相比較，它不需要特別防護(hù)，安裝維修較方便，而且結(jié)構(gòu)方法都較簡單，價格低廉。在超聲波液位測量技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛是超聲波脈沖回波方法，由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖，傳到液面經(jīng)反射后返回接收傳感器，測出超聲波脈沖從發(fā)射到接受所需的時間，根據(jù)媒介中的聲速，就能得到從傳感器到液面之間的距離，從而確定液位高度。

該測量系統(tǒng)無論在穩(wěn)定性還是在準(zhǔn)確性上都優(yōu)于GD包裝機(jī)上采用的方式。值得在GD包裝機(jī)上推廣。

2 基于超聲波傳感器的液位高度測量系統(tǒng)

2.1膠液液面檢測的重要性

大多數(shù)的卷煙機(jī)的膠缸一般是給小包包裝處和大條成型處進(jìn)行供膠，如果在生產(chǎn)過程中，膠缸檢測出現(xiàn)誤動作，導(dǎo)致膠缸不供膠或者不停供，維修起來不僅會大大降低卷煙廠的生產(chǎn)效率，而且還會產(chǎn)生大量的廢煙，增加卷煙廠的能耗。

2.2 GD包裝機(jī)超聲波的膠缸液面方案的設(shè)計(jì)

由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到使用要求。另一方面在工作中，超聲波傳感器有著優(yōu)越的抗干擾性與工作的穩(wěn)定性，結(jié)合ZB47上的應(yīng)用，選擇超聲波傳感器代替原設(shè)備的電容傳感器進(jìn)行測量物體間的距離。 超聲波傳感器的輸出信號是0―10V，信號需要數(shù)據(jù)處理，顯示和設(shè)定。綜合各方面因素，采用PLC作為控制器，針對超聲波傳感器的測量結(jié)果進(jìn)行處理，用觸摸屏進(jìn)行顯示和設(shè)定。如圖所示，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總框圖。

2.3基于超聲波的膠缸液面測量的控制

GD包裝機(jī)膠缸液面測量系統(tǒng)主要完成顯示液面高度、設(shè)定報警區(qū)間和注膠時間功能。區(qū)間設(shè)定時根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，保證涂膠量能符合生產(chǎn)工藝要求。根據(jù)液面高度和注膠高度的比較來判斷是否注膠。根據(jù)液面高度情況還可以判斷元?dú)饧欠駬p壞等功能。并且能針對超聲波傳感器的測量結(jié)果進(jìn)行如下處理：

（1）實(shí)現(xiàn)供膠的閉環(huán)控制，并隨車速的變化隨時增加和減少供膠量；

（2）設(shè)定高低位報警功能；

（3）以數(shù)字的形式顯示測量距離。

3 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

篇6

目前國內(nèi)外對超聲波的研究很多，并且有許多與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的應(yīng)用。超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上應(yīng)用廣泛?？紤]到大霧導(dǎo)致車禍對人生命健康的極大危害以及超聲波的優(yōu)越性，我們有了對這個題目進(jìn)行研究的想法。

1.關(guān)于超聲波的研究

超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，與可聽聲波的規(guī)律沒有本質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。與可聽聲波比較，超聲波具有許多奇異特性：傳播特性──超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，超聲波的波長越短，該特性就越顯著［1］。功率特性——當(dāng)聲音在空氣中傳播時，推動空氣中的微粒往復(fù)振動而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強(qiáng)度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大［1］。由于超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的?？栈饔谩?dāng)超聲波在液體中傳播時，由于液體微粒的劇烈振動，會在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，會使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾千到上萬個大氣壓的壓強(qiáng)。微粒間這種劇烈的相互作用，會使液體的溫度驟然升高，起到了很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發(fā)生乳化，且加速溶質(zhì)的溶解，加速化學(xué)反應(yīng)，這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱為超聲波的空化作用［2］。另外超聲波還具有化學(xué)效應(yīng)。

現(xiàn)在我們介紹有關(guān)超聲波散霧的知識，一定頻率的超聲波作用與霧滴也會發(fā)生作用，霧滴在吸收超聲波的同時與此超聲波產(chǎn)生共振，發(fā)生共振時，霧滴的結(jié)構(gòu)發(fā)生破碎或碰撞，達(dá)到驅(qū)霧散霧的實(shí)施目的。這就給我們這個研究項(xiàng)目，利用超聲波來散霧，提供了理論依據(jù)。

超聲波對自然霧氣中粉塵顆粒具有聚結(jié)的作用，從而能加速沉降，沉降的結(jié)果使分散體系發(fā)生相分離［3］?？衫脩腋≡诹黧w(氣體或液體)中的固體顆粒下沉而與流體分離。總的來說，超聲波對非均一系統(tǒng)的作用，主要是利用聲能使懸浮的顆粒積聚成比較大的顆粒，然后使之沉降，霧氣中的霧滴在于超聲波發(fā)生共振式，結(jié)構(gòu)破碎，比重輕的水汽上浮，比重大的顆粒聚集并下沉，從而最終達(dá)到散霧的目的。

2.超聲波除霧裝置工作原理

當(dāng)把超聲波散霧的道理應(yīng)用到實(shí)際中時，則是以超聲波散霧電路的形式實(shí)現(xiàn)得（即除霧裝備），其特征是電子振蕩電路產(chǎn)生與霧滴發(fā)生共振的超聲波振蕩頻率信號，振蕩電路連接電子功率放大電路，功率放大電路連接超聲波換能器，或電子振蕩電路直接輸出連接超聲波換能器；同時，通過外加電路或振蕩電路本身產(chǎn)生高幅度的脈沖波由功放電路混合到電路中，使所發(fā)射的超聲波混合有高幅度的脈沖波成份，霧滴在吸收超聲波的同時與此超聲波產(chǎn)生共振，發(fā)生共振時，霧滴的結(jié)構(gòu)發(fā)生破碎或碰撞，達(dá)到驅(qū)霧散霧的實(shí)施目的。除霧裝備的啟動和停止有對霧敏感的濕度傳感器控制電路來自動控制。

3.散霧濕度傳感器電路設(shè)計(jì)

3.1 硬件部分（電路）

3.1.1 主要芯片選擇與芯片特點(diǎn)

AT89SS52單片機(jī)：AT89SS52是基于增強(qiáng)的51結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。高性能、低功耗的AT89SS52單片機(jī)主要特點(diǎn)如下：先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)、非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器、JTAG接口、外設(shè)特點(diǎn)、特殊的處理器特點(diǎn)［4］。因此AT89SS52成為一個功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。

濕度傳感器SHT10：瑞士Sensirion公司推出了SHTxx單片數(shù)字溫濕度集成傳感器。采用CMOS過程微加工專利技術(shù)（CMOSens technology），確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)定性。該傳感器由1個電容式聚合體測濕元件和1個能隙式測溫元件組成，并與1個14位A/D轉(zhuǎn)換器以及1個2-wire數(shù)字接口在單芯片中無縫結(jié)合［4］，使得該產(chǎn)品具有功耗低、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

SHT10的主要特點(diǎn)如下：相對濕度和溫度的測量兼有露點(diǎn)輸出；全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出；接口簡單（2-wire），響應(yīng)速度快；超低功耗，自動休眠；出色的長期穩(wěn)定性；超小體積（表面貼裝）；測濕精度±45%RH，測溫精度±0.5℃（25℃）［4］。

3.1.2 原理圖

原理圖 Schematic diagram

3.2 程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能

通過濕度傳感器SHT10自動檢測的環(huán)境濕度，然后通過AT89SS52單片機(jī)處理并在液晶上顯示，當(dāng)濕度上升到達(dá)某一定值，蜂鳴器響，一個發(fā)光二極管亮，當(dāng)濕度下降到某一定值，蜂鳴器停，另一個一個發(fā)光二級管亮。濕度控制的上下限可自行設(shè)定。此外可以顯示日期與時間。

4.本裝置實(shí)現(xiàn)功能與使用方法

4.1 該裝置通過濕度傳感器SHT10測量環(huán)境濕度，然后通過AT89SS52單片機(jī)處理并在液晶上顯示，當(dāng)濕度上升到達(dá)某一定值，蜂鳴器響，一個發(fā)光二極管亮，此時表示除霧裝備啟動；當(dāng)濕度下降到某一定值，蜂鳴器停，另一個發(fā)光二級管亮，此時表示除霧裝備停止工作。同時，濕度控制的上下限可以自己設(shè)定，調(diào)整起來非常便利，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位、功能選擇、增大減小量程、確定等功能。所選用的SHT10精度高，反應(yīng)靈敏，探測電路的反應(yīng)速度快，可以非常準(zhǔn)確的控制除霧裝置開啟和關(guān)閉，從而最大化地平衡功耗和效果之間的關(guān)系。

4.2 電路實(shí)物使用方法：本裝置濕度控制的上下限可自行設(shè)定。第一個鍵是復(fù)位鍵，可以將各設(shè)置清除。第二個是功能鍵，可以選擇調(diào)節(jié)什么變量。第三個按鍵是增加鍵，可對數(shù)字進(jìn)行增大調(diào)整。第四個按鍵是減小鍵，可對數(shù)字進(jìn)行減小調(diào)整。第五個按鍵是確定鍵。

5.小結(jié)

我們對超聲波散霧的原理及可行性方面的研究投入了很多的時間和精力。并設(shè)計(jì)出對霧敏感的濕度傳感器控制電路，該電路能夠及時監(jiān)測霧的降臨，并自動啟動除霧設(shè)備，并在除霧后切斷除霧設(shè)備的電源，實(shí)現(xiàn)自動控制。將設(shè)計(jì)功能電路做成實(shí)物。但是由于無法得到大功率超聲波發(fā)生設(shè)備及自身物理知識的不足，沒有對“超聲波在什么頻率范圍下可以散霧”得出確切的結(jié)論。

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1、引言

超聲波測距具有信息處理簡單、快速和價格低，易于實(shí)時控制等許多優(yōu)勢，它被廣泛的應(yīng)用在各種距離測試的設(shè)備中。但超聲波傳感器在實(shí)際應(yīng)用中也有一定的局限性。在超聲波測距中，由于超聲波傳感器本身的結(jié)構(gòu)和受外界溫度等因素的干擾，其輸入輸出特性呈明顯的非線性，靠硬件或軟件補(bǔ)償修正的方法對提高其測距精度的效果不大。所以，本文提出了基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)超聲波傳感器的建模，對超聲波測距進(jìn)行溫度補(bǔ)償和非線性誤差校正的方法。

2、用 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改善超聲波測距的精度

2.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)非線性誤差校正的原理

設(shè)超聲波傳感器要測量的實(shí)際距離為 d，實(shí)際距離d決定t2-t1，環(huán)境溫度為T，超聲波傳感器測量輸出的結(jié)果為h，經(jīng)RBF網(wǎng)絡(luò)校正后的距離為Dr，則超聲波傳感器測距系統(tǒng)可以表示為 h=f(d，T)，由于傳感器產(chǎn)生的非線性誤差和溫度的影響，使得 f(d，T)呈現(xiàn)非線性特性。校正的目的是根據(jù)測的 h求未知的 d，即 d＝g(h，T)，也就是需要建立超聲波傳感器的模型其原理可以表示為圖 1所示。

超聲波傳感器輸出 Dr通過一個補(bǔ)償模型，該模型的特性函數(shù)為Dr=g(h，T) ，其中Dr為非線性補(bǔ)償后的輸出， g(h，T)顯然是一個非線性函數(shù)。通常非線性函數(shù)的表達(dá)式很難準(zhǔn)確求解，但可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能很好地逼近非線性函數(shù)的特點(diǎn)，通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來逼近該非線性函數(shù)。本文選取RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

2.2 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

RBF網(wǎng)絡(luò)是一種局部逼近網(wǎng)絡(luò)。它對于每個輸入輸出數(shù)據(jù)對 , 只有少量的權(quán)值需要進(jìn)行調(diào)整。它采用一組正交歸一化的基函數(shù) ―― 徑向基函數(shù)的線性組合來逼近任意函數(shù)。

常用徑向基函數(shù)有高斯函數(shù)、多二次函數(shù)、薄板樣條函數(shù)等。由于輸入矢量直接映射到隱層空間 , RBF的中心確定后 , 這種非線性映射關(guān)系也就確定 ,因此 RBF的學(xué)習(xí)算法首先要確定徑向基函數(shù)的中心 ,本文徑向基函數(shù)的中心采用高斯函數(shù)（Radbas(n)=e-n2）,其隱含層的輸入輸出模型如圖2。

對于本文的超聲波傳感器逆模型的RBF網(wǎng)絡(luò)模型，輸入為h和T，訓(xùn)練后的實(shí)際輸出為Dr，期望輸出為d。超聲波傳感器非線性校正逆模型采用RBF網(wǎng)絡(luò)，輸入層2個節(jié)點(diǎn)，輸出層1個節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展系數(shù)為0.5（實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明擴(kuò)展常數(shù)為 0.5 時對應(yīng)隱含層神經(jīng)元個數(shù)適中，故擴(kuò)展常數(shù)選為 0.5），通過測量獲取了50組數(shù)據(jù)集作訓(xùn)練樣本，將輸入量作歸一化處理后，按照上述的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和仿真是在Matlab 6.5環(huán)境下，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，編制相應(yīng)的程序而實(shí)現(xiàn)。

在matlab上應(yīng)用 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真溫度補(bǔ)償和非線性誤差校正后，系統(tǒng)的測距精度大大提高，表 1所示為未經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理后的測距比較。

比較結(jié)果表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理后的結(jié)果與實(shí)際距離很接近，精度大大提高了。

3、結(jié)束語

實(shí)際應(yīng)用中，超聲波測距易受溫度等多種因素的影響，利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的非線性逼近特性、自適應(yīng)能力學(xué)習(xí)能力，可優(yōu)化超聲波的輸出特性，而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)或固化在硬件中。仿真結(jié)果表明，利用RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能很好地逼近非線性函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了超聲波傳感器建模，對傳感器進(jìn)行非線性誤差校正，效果相當(dāng)明顯，大大提高了超聲波測距的精度，使其測距誤差控制在毫米級以內(nèi)，這是采用其它校正方法是無法達(dá)到的。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚超，許澤宏，李維一，付小紅，王?。谛〔ㄉ窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)建立虛擬儀器非線性較正型[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2005．12（1）P157-159．

[2]田社平．基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的傳感器非線性校正．（英文） 光學(xué)精密工程．2006

[3]Binchini M，F(xiàn)rasconi P，Gori M. Learning without local minima in radial basis function networks.IEEE Trans. on Neural Networks, 1995，6(3)：749～755）

篇8

倒車?yán)走_(dá)通過超聲波傳感器對外發(fā)出超聲波，當(dāng)超聲波撞擊到障礙物后便會反射回來，并再次被超聲波傳感器接收，此時控制器則通過超聲波傳感器發(fā)出并接收超聲波的時間來計(jì)算障礙物的實(shí)際距離，最后再通過蜂鳴器發(fā)出急促的警報聲，用以提醒駕駛員注意障礙物距離。

倒車?yán)走_(dá)沒有障礙物也響是怎么回事？

倒車?yán)走_(dá)傳感器臟污。解決方法：擦拭倒車?yán)走_(dá)傳感器。

倒車?yán)走_(dá)報警器通路。解決方法：檢查倒車?yán)走_(dá)報警器端，線路是否異常。

篇9

中圖分類號：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)09-122-02オ

An Orientation System of Underwater Robot Based on Single Chip Computer

ZHOU Shibin,HAO Jingru,HUANG Min

(Beijing Institute of Machinery,Beijing,100085,China)

オ

Abstract：The orientation system of underwater robot captures the distance information by the ultrasonic sensors,and uses three points location theory to compute the coordinate of the position.To save the time and temperature information by single chip computers,which transmit this information to the industrial PC to complete the orientation.Finally,we can obtain a lot of orientation data through experiment.Then we can obtain the orientation precision of two different type sensors which used for sending signals,though analyzing these data by the method of non-linear optimization.The conclusion is valuable reference for the improvement of the system and orientation precision.

Keywords：ultrasonic wave;underwater orientation system;single chip computer;distance measurement

本課題研究的機(jī)器人工作在大約40 m深的漿液下，為了防止水煤漿由于長時間的存貯而沉淀，他能在按照預(yù)先規(guī)劃的軌跡行走時完成攪拌功能。在這種條件下，一個很重要的問題就是機(jī)器人定位功能的實(shí)現(xiàn)，用來實(shí)時了解其具置。本機(jī)器人定位系統(tǒng)采用多路超聲波傳感器測距，然后采用三點(diǎn)定位法[1],把測距信息轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的位置信息。超聲波作為一種無接觸檢測方式，與激光、紅外以及無線電測距相比，在水煤漿中可以比較容易地穿透水煤漿達(dá)到測距的目的，且精度較高。

1 超聲波測距系統(tǒng)

1.1 超聲波測距原理

超聲波測距原理一般采用時間度量法，計(jì)算公式為：

И

D=vt

(1)

И

式中D(m)為超聲波傳播的距離，v(m/s)為超聲波在介質(zhì)中傳播的速度，t(s)為超聲波在介質(zhì)中傳播的時間。而超聲波在介質(zhì)中傳播的速度由介質(zhì)的性質(zhì)和溫度T(℃)決定，由此可得到水中超聲波的波速[2]為：

И

v=1 4492+4623T－0054T2

(2)

И

1.2 超聲波測距的硬件系統(tǒng)

系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，其設(shè)計(jì)為分布式控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中USR1為超聲波發(fā)射傳感器，USR2，USR3，USR4為接收傳感器，他是型號為JSS-03的液下專用超聲波傳感器，該傳感器既可做接收用同時也可做發(fā)射用，其靈敏度高，額定脈沖工作電壓高，瞬時輸出功率大。溫度傳感器選用DS18B20[3],該傳感器具有單總線、抗干擾、測溫范圍寬(-55 ~+125 ℃)、適合遠(yuǎn)距離惡劣環(huán)境測溫的特點(diǎn)。在本系統(tǒng)中使用的單片機(jī)(MCU0,MCU1,…MCU4)均選用51系列單片機(jī)AT89C52。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

當(dāng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，由MCU0每隔3 s產(chǎn)生一個脈沖，信號經(jīng)過放大激發(fā)信號發(fā)生器ST-3A，然后觸發(fā)超聲波發(fā)生器USR1；同時給MCU2,MCU3,MCU4的中斷INT0一個低電平，使他們開始計(jì)時。當(dāng)接收超聲波傳感器接收到發(fā)射超聲波傳感器發(fā)出的信號后，立即把產(chǎn)生的接收信號傳給單片機(jī)，中間的信號調(diào)理過程為一級放大(放大100倍)、帶通濾波、二級放大(放大50倍)、電壓比較、光電隔離，其中電壓比較的基準(zhǔn)電壓可調(diào)，當(dāng)信號電壓高于基準(zhǔn)電壓時使MCU的INT1中斷。INT0中斷和INT1中斷的時間間隔即為發(fā)射與接收傳感器間的時間，他存儲在單片機(jī)固定的RAM中。而溫度傳感器DS18B20是分時完成對環(huán)境溫度的測量的，采用嚴(yán)格的時序單片機(jī)進(jìn)行雙向通訊。單片機(jī)把溫度信息存在他的固定RAM中。

1.3 超聲波測距的軟件系統(tǒng)

要完成對機(jī)器人的位置信息的測量就要求把存儲在單片機(jī)RAM內(nèi)的時間信息和溫度信息采集到上位機(jī)中，然后把這些信息融合起來得到機(jī)器人的確切坐標(biāo)。工控機(jī)與下位機(jī)采用串口通訊方式，通訊協(xié)議為MODBUS協(xié)議。同時上位機(jī)采用VC 60作為開發(fā)工具，工控機(jī)的軟件程序采用模塊化編程，程序主要由串口通訊模塊、三點(diǎn)定位模塊、數(shù)據(jù)庫模塊及界面模塊組成,其循環(huán)通訊的流程如圖2所示。

圖2 循環(huán)通訊流程圖

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證程序的可靠性和對比兩種超聲波發(fā)射傳感器在定位過程中的效果，做了水下定位實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是在9 m×7 m的長方形水池中進(jìn)行的，水深25 cm左右。在實(shí)驗(yàn)之前在水平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系，同時在r=3 300 mm的圓周上均勻放置三個超聲波接收傳感器，其坐標(biāo)(單位：mm)分別為(3 300，0)、(-1 650，2 858)、(-1 650，2 858)，在實(shí)驗(yàn)過程中超聲波發(fā)射傳感器在此圓周內(nèi)移動。

根據(jù)以前一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在本次實(shí)驗(yàn)的軟件系統(tǒng)中對測距程序按下式進(jìn)行了修正：(單位：mm)

И

y=(x－240)/1083 6

(3)

И

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1) JSS-03型超聲波發(fā)射傳感器

該傳感器的最佳發(fā)射頻率為10 kHz，發(fā)射面為一個平面，波束角為60°，其指向性很強(qiáng)，在此定位系統(tǒng)中，3個接收傳感器都能夠收到該發(fā)射傳感器的信號，但在其波束角內(nèi)的接收傳感器接收的信號比其他兩個強(qiáng)，這就影響了接收傳感器觸發(fā)時的靈敏性。

如圖3所示，中間的實(shí)線圓為經(jīng)過非線性優(yōu)化過的發(fā)射傳感器的移動軌跡，半徑為3 204 mm，這些定位點(diǎn)分散在軌跡圓的周圍，外側(cè)的虛線圓為偏離原點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)所在的圓，內(nèi)側(cè)的虛線圓為距離原點(diǎn)最近的點(diǎn)所在的圓，最大誤差為808%，這些誤差主要來自于發(fā)射中心產(chǎn)生的誤差和測距產(chǎn)生的誤差。

圖3 JSS-03型傳感器定位結(jié)果圖

圖4 LYF-20型傳感器定位圖

(2) LYF-20型圓周發(fā)射傳感器

復(fù)制的最佳發(fā)射頻率為22 kHz，發(fā)射面為圓柱面，他的優(yōu)點(diǎn)就是對于三個接收傳感器而言發(fā)射中心是固定的，并且他們接收的信號強(qiáng)弱一致，但他的指向性不強(qiáng)，由于信號分散，故其發(fā)射的信號弱于JSS-03型傳感器。如┩4所示。由于從發(fā)射源頭就避免了發(fā)射中心產(chǎn)生的誤差，所以他的定位精度較高，主要誤差來自于測距誤差，其優(yōu)化后的軌跡圓半徑為3 154 mm，最大誤差為378%。在此可以看出，頻率對超聲波的測距是有很大影響的，頻率越大，精度越高。

3 結(jié) 語

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，定位系統(tǒng)是可行的，有較高的可靠性，并且本系統(tǒng)的實(shí)時性可達(dá)1 s，其精度也可以達(dá)到我們預(yù)期的效果，但是硬件系統(tǒng)還有提升的空間。研究內(nèi)容對水下機(jī)器人的定位，信號的采集，數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)榷加袇⒖純r值。[LL]

參 考 文 獻(xiàn)

［1］俞竹青.那須康雄.超聲波網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航中移動機(jī)器人的位置計(jì)算［J］.機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用,2002(3):36-39.

［2］桑金.水深測量中的聲速改正問題研究［J］.海洋測繪，2006,26(3):17-20.

篇10

TPMS

利用村田的沖擊傳感器制作的TPMS(胎壓監(jiān)測系統(tǒng))可延長電池的使用壽命。由于TPMS靠電池來驅(qū)動，需要使用時間長，村田的沖擊傳感器方案使汽車停止時系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)。

倒車?yán)走_(dá)

主要是超聲波傳感器在倒車?yán)走_(dá)上的應(yīng)用。汽車的前部和后部通常安裝了多個超聲波傳感器。普通傳感器探測的水平和垂直方向角度是一樣的，其缺陷是若發(fā)射角度在垂直方向太大的話，先接收到這些垂直信號時，會造成錯誤的報警信號，例如碰到地面上一塊小石頭就會影響停車；村田傳感器在垂直方向角度小，在水平方向角度大，這樣能夠提高檢測的精度和準(zhǔn)確性。村田還有一種在汽車側(cè)面安裝的超聲波傳感器，幫助駕駛員檢測側(cè)面的空位能否停車，主要用于路邊停車。

監(jiān)測傳感器根據(jù)檢測的距離不同，分成幾種技術(shù)(如圖)：1，毫米波(MMW)雷達(dá)，主要針對前方近距離的高精度檢測。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是價格比較昂貴，離人們使用還需要一段時間。2，在75米左右距離檢測可以使用紅外(IR)傳感器，其成本較低。不足之處是如果碰到雨霧等障礙時，精度會突然變得很差。3，最近也有使用攝像頭、視頻(video)技術(shù)來對周圍情況檢測的方案，這也可以用于倒車輔助系統(tǒng)，但觀者沒有空間感，自己處在什么位置不能做出很好的判斷。4，所以對短距離的測距，使用超聲波傳感器(US)是比較容易接受的，采用聲音信號來報警較容易，并且成本上超聲波傳感器更加經(jīng)濟(jì)有效。

導(dǎo)航系統(tǒng)