引言.超声波传感器概述
超声波传感器型号繁多,价格从几元钱到几百元不等,主要用于检测距离,同时根据声速计算出物体的距离.但超声波传感器有四个缺点:
1.声音速度易受温度和风向等环境因素干扰,在室内应用可忽略.
2.超声波有可能被吸引材料吸收,如毛毯,毛衣等.
3.传感器可能受外部噪音(干扰源与传感器有同样的频率)或相同传感器干扰.
4.超声波传感器检测与自身斜角较大的物体可能出现检测不到的情况.
一.HC-SR04超声波传感器电子结构
二.HC-SR04工作原理
采用IO触发测距,触发信号输入端(Trig)输入一个10微秒以上的高电平信号,超声发送口收到信号自动发送8个40Hz方波,同时启动定时器,待传感器接收到回波则停止计时并输出回响信号,回响信号脉冲宽度与所测距离正比.根据时间间隔可以计算距离,公式:距离=(高电平时间*声速)/2.
使用I2C协议,一个CPU可控制多个传感器.
三.HC-SR04出厂标准参数
四.HC-SR04实际测量结果
测距时,被测物体面积不宜少于0.5平方米且尽量要求平整,否则影响测量结果.
1.前方有平滑物体(如图书封面,镜面,墙体)与传感器夹角大于45度(非垂直反射)时误差明显,且在5-40cm范围内读数不稳定.其中可能会出现的误差有三角误差、镜面反射、多次反射等。
2.前方有毛衣,毛毯等吸音材料时读数不稳定.
3.声波测量角度为30度,精度平均正负4cm.
五.其他研究应用方法
1.一体式超声波传感器与步进电机组成的探测系统:利用电机带动一个超声波传感器旋转测距,并与步进电机相互协调.
2.多超声波传感器共同作用,互相补偿.多见超声波和红外协同
3.物理感应:超声波传感器和弹簧式的保护层共同工作,如保护层碰到障碍物,弹簧压缩,机器人接收到碰撞信息,调整位置.
六.在机器人上的应用设计
由于用超声波测量距离并不是一个点测量。超声波传感器具有一定的扩散特性，发射的超声能量主要集中在主波瓣上，沿着主波轴两侧呈波浪型衰减，左右约30°的扩散角。事实上,距离计算是基于超声波成功、垂直的反射名义下进行的。但对于移动机器人很难保证其自身运动姿态的稳定性，采用超声波传感器固定在移动机器人车身的探测方式，当移动机器人偏离平行墙面时，探测系统往往很难得到实际的距离。另外，超声波这种发散特性在应用于测量障碍物的时候，只能提供目标障碍物的距离信息，而不能提供目标的方向和边界信息。因此需要用多个超声传感器以及其他传感器共同工作.
应用6个超声波传感器,两边对称放置,每20度角一个,单侧角度为40,60,80度.探测盲区在15cm以内,整体探测角度150度以上,可以应用.
建议测量周期60ms以上,防止发射信号受回响信号影响.
