單片機超聲波視覺識別系統(tǒng)的測量軟件開發(fā)

當(dāng)超聲波傳感器發(fā)出的超聲波遇到物體返回時，探頭接收其反射回波信息，從而可對接收到的反射回波進(jìn)行分析、判斷和計算，得到物體到探頭的距離并判斷物體的形狀。其觸發(fā)脈沖間隔時間可由程序控制。本系統(tǒng)采用5～10 ms間隔，可測最大距離為850～1700 mm。

設(shè)傳感器與物體之間的距離為L，空氣中的聲速為c，從發(fā)射超聲波脈沖到接收到反射波的傳播時間為Ts，則：

傳播時間Ts測量的準(zhǔn)確性直接影響著測距精度。我們測量從發(fā)射脈沖到接收到反射波的第一個過零點之間的時間（零交叉點）為Ts。這個時間比超聲波真實往返時間稍長，要加以修正。但這種方法較好地利用了接收到的反射波的上升沿幾乎不隨對象物形狀變化而變化的特性，因此其測量的時間不隨反射波信號幅度大小而變化，從而能進(jìn)行高精度的距離測量。

所謂“零交叉點”，就是過閾值（門限）后的第一個零點，以該點來確定反射波的到達(dá)。如下圖所示，反射波過零點不隨波形變化。

對于距離測量精度的另一影響因素是溫度變化和系統(tǒng)電路的時間延遲。溫度變化對聲速c產(chǎn)生影響，可通過溫度傳感器進(jìn)行實時補償。即：

c=co +0. 67t

式中：co為標(biāo)準(zhǔn)聲速(0℃時);t為實時測量溫度(℃)。系統(tǒng)時間延遲，可以由計算方法加以修正。

通過以上的設(shè)計措施和修正，使本系統(tǒng)具有較高的測距精度。經(jīng)測定，本系統(tǒng)的測距在50～850 mm范圍內(nèi)，其測量誤差在0.2 mm以內(nèi)。測距程序和峰值采集程序流程框圖如下圖所示。

此超聲波視覺識別系統(tǒng)具有高精度測距功能。應(yīng)用本系統(tǒng)，通過對物體進(jìn)行掃描，以采集距離信息和反射波幅值信息，可對零件的形狀、姿勢進(jìn)行示教識別。實驗結(jié)果證明：對中等尺寸有一定復(fù)雜程度的零件，如凹凸形，階梯形，帶孔、槽和斜面的軸類、盤類和箱體類等零件具有識別能力。這為自動化生產(chǎn)中零件形狀特征的識別、檢測、分類提供了新的途徑。由于超聲波視覺識別系統(tǒng)具有一些特殊優(yōu)點，對進(jìn)一步研制、開發(fā)和利用超聲波視覺識別系統(tǒng)都具有重要的理論價值和實用價值。