双接收头在智能小车系统中的应用

　　1 引言

　　超声波传感器因其测量精度高、 响应快和价格低廉而得到了广泛应用，传统应用方式是1 个发射头对应1 个接收头 ，也有多个发射头对应1 个接收头。但我们在实际应用中发现，如果障碍物的面很大(如墙壁)，超声波传感器可以用来准确测距，但若将其应用在小车防撞系统中，由于障碍物呈柱状，而超声波发射头有一定的散射角(左右)，因此即使障碍物不在小车正前方，超声波仍能检测到斜前方回波，这就给智能控制车辆行进带来困难和误导，为了解决这一问题，我们提出了一种使用双接收头的方案，并从实用角度给出了一套具体控制策略。

　　2系统的结构流程设计

　　我们的整个系统需要完成测距，测速，定位，控制小车运动等功能，系统包括如下六部分： 超声波发射电路， 超声波接受电路，信号处理器，温度测量，小车控制电路等五部分。系统结构框图如图一所示：

　　图1：系统结构框图

　　通过单片机产生40k 的方波，经过放大后驱动超声波传感器发射头，从而发出超声波，遇到前方物体反射后由接收端捕捉，经过对两个接收头捕捉时间的计算以及加入温度补偿，判断最终前方小车的方向与距离，再通过与前次数据差分计算出其相对前车的速度，最后通过速度、距离以及位置三个数据进行智能控制，控制小车转弯或减速慢行等。

　　具体的硬件组成为：MCU 采用AT89S52 单片机，P1.0 口输出超声波换能器所需的40K 方波信号，经过反相器7404 后驱动传感器，为了能使超声波发射得更远，我们并接了三个发射头，利用外中断0 口监测超声波接收电路输出的返回信号，回波检测采用红外检测集成芯片CX20106，显示电路采用简单的4 位共阳LED数码管，断码用74LS244，位码用8550 驱动。测温部分使用18B20 测出当前的环境温度用以判断出超声波传播的速度。

　　3 MCU 算法控制

　　3.1 距离计算与方位判断

　　单片机可以计算出发射与接收到超声波之间的时间，根据测温系统的实际测温， 查找出在该对应温度下的声速，计算出反射物距离两接收端的距离。 理论上由以上两个数据上就可以直接数学推导出该物体的空间位置(如图2 和公式一、二所示)。