超声波传感器在机器人中的应用研究毕业论文.docx
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学号：
毕业设计（论文）
超声波传感器在机器人中的应用研究
ResearchonApplicationofUltrasonicSensorsinRobots
学院:
信息工程学院
教学系：
自动化系
专业班级:
自动化1002
学生姓名:
指导教师:
年6月6日
内容摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
I
Abstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
II
1导言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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1.1超声波传感器的应用的现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
1
1.2超声波传感器应用的发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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1.3超声波传感器在机器人应用的研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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1.4本文所研究的主要内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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2系统方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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2.1理论依据．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
4
2.2方案论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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2.3设计思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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2.4应用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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3系统硬件电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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3.1单片机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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3.2超声波传感器的选型与设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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3.3超声波传感器接口电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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3.4伺服电机模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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3.5其它扩展模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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4系统软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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4.1软件设计总体思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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4.2软件设计流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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4.3设计的主要程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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5测试结果及分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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5.1测试环境．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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5.2测试结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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5.3测试结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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6结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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6.1总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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6.2展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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附录A超声波传感器电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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附录B总体硬件电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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附录C开题报告．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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附录D程序清单见另册
附录E系统测试视频见附件光盘
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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内容摘要：
超声波传感器技术正在不断地发展，其生产技术在不断地进步，可靠性和准确性得到提高且价格越来越便宜，已广泛应用在各个领域中，本文就超声波传感器在机器人上的应用进行了研究。
本文首先对超声波传感器技术的应用和发展做了详细的研究，研究了在机器人上应用的可能性和现实性。
其次对超声波测距技术进行了研究，对超声波传感器在移动机器人上的应用进行了方案设计和论证，确定了机器人的避障控制策略。
分析了将超声波测距避障系统的应用前景，最后完成了比较复杂的超声波应用系统的硬件设计，并且设计编写了超声波应用系统的软件程序，实现了基于超声波测距的移动机器人的测距和避障系统。
并完成了机器人测距避障的测试，测试结果表明了设计理论的客观性和装置的可行性。
关键词：
超声波传感器；智能移动机器人；测距；避障
Abstract:
Ultrasonicsensorstechnologyisconstantlydeveloping,anditsproductiontechnologycontinuestoprogress.Itsreliabilityandaccuracyhasbeenimproved,butthepriceisgettingcheaper,ithasbeenwidelyusedinmanyfields.Thispaperisresearchedonapplicationofultrasonicsensorsinrobots.
Firstly,adetailedresearchoftheapplicationanddevelopmentofultrasonicsensortechnologyhasbeendone,andstudiedonthepossibilityofroboticapplicationsandreality.Secondly,researchedonthetechnologyofultrasonicranging,demonstratestheultrasonicsensor’sapplicationsolutionsonmobilerobot,determinedtheintelligentrobotobstacleavoidancecontrolstrategy.Analysisoftheprospectsforultrasonicrangingobstacleavoidancesystem.Finally,completedarelativelycomplexhardwaredesignandsoftwaredesign,realizedtheultrasonicrangingandobstacleavoidancesystembasedonmobilerobot.Andcompletedthedistanceoftherobotobstacleavoidancetest,thetestresultsshowthefeasibilityofobjectivityanddevicedesigntheory.
KeyWords:
Ultrasonicsensors；Intelligentmobilerobot；Ranging；Avoidobstacles
1导言
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波的振动频率要高于声波，是由换能晶片在电压激励下振动产生的一种机械波。
超声波具有高频、波短、绕射现象小、方向性好、能成为射线定向传播的特点[1]。
由于不受光线影响，对固体和液体的穿透能力很强，能穿透数十米的固体。
超声波在碰到杂质或者是处于分界面的时候能产生显著的反射形成回波，当碰到运动的物体时会产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
1.1超声波传感器的应用的现状
超声波传感器技术现在应用在生产实践的各个方面。
不同的超声波探头功率、探头结构应用的场合不同，超声波传感器组成形式也不同。
基本上所有超声探头有压电晶片组成，功率小的探头用于探测。
①超声波在医学上应用主要是用于对疾病的诊断，超声波检测在临床医学中已经成为了重要的检测手段之一。
对于我们最熟悉的应用就是B超了，通过B超可以获得清晰的人体内脏各器官的切面图形，胎儿性别的检测就是通过B超而实现的，对于多种器官的检查也是基于这个原理。
超声波诊断由于无痛无伤、简便便宜准确高效的特点，人体可以反复的使用超声波检测。
原理是在人体内超声波传播时，人体的各器官对于超声波的声学特性差异，会在不同的器官出现不同的反射、衰减或者是多普勒平移效果，能够用原理不同的超声波诊断仪，根据对病理部位的探测，结合医学原理能对疾病的性质和功能障碍程度进行诊断[2]。
②超声波传感器在工业领域的
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