超声波测距在机器人避障中的应用

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1、. . . . 附2：本科毕业论文（设计）工作记录学 院 汽车学院 专 业 电气工程与其自动化 姓 名 涛涛 学 号 1 指导教师 王红梅 附3：毕业论文（设计）选题申请表（学生用表）学院：汽车学院 时间：2012年06月26日选题情况选题名称超声波测距在机器人避障中的应用学生涛涛学号1专业电气工程与其自动化选题来源导师推荐 学生自拟 其它选择本题目原因随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水

2、系统的显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。指导教师意见该生认真查阅相关资料，根据实际情况选择超声波测距这个题目，并提出了选择题目的意义。积极研究AT89C51单片机的工作原理以与应用，运用现有的功能模块集成电路实现了超声波侧距离。设计的广度深度适中，对社会产生一定的价值，工作量适当。预测能获得较好的成绩。同意开题指导教师签字: 2012 年 06 月26 日学院意见院长签字： 20

3、12 年 06 月26 日附4：毕业论文（设计）任务下达书学生涛涛（学号1）:现将毕业论文（设计）任务下达书发给你。毕业论文（设计）任务下达书容如下：一、毕业论文（设计）题目超声波测距在机器人避障中的应用二、主要容本论文提出了基于超声波传感器测距的移动机器人的模糊避障系统，采用单片机AT89C51为核心，用超声波测距的方法检测障碍物，通过单片机对信号的处理，驱动电机的转向，左右前进与后退，从而达到自动避障的功能。三、基本要求利用超声波测距来计算距离从而来实现移动机器人的顺利避障行走四、主要参考文献【1】 凤然，田红芳，王侃.基于单片机的移动机器人自动避障控制系统.中国仪器仪表，2001，3：2

4、7-29【2】 蔡美琴.MCS-51系列单片机系统与其应用.：高等教育，1999.4【3】 徐，谭敏.移动机器人的发展现状与其趋势.机器人技术与应用，2001.3【4】 玉琴，敬文.超声波测距仪在移动机器人避障中的应用，2006.6【5】 晔，王峰，韦兆碧，等.超声波测距仪的研究.计算机测量与控制，2002.10【6】 栗桂凤，周东辉，王光昕.基于超声波传感器的机器人坏境探测系统.传感器技术，2005.2【7】 孟庆春，齐勇，淑君等.智能机器人与其发展.中国海洋大学学报，2004，34（5）：831-838【8】 罗本成等.机器人多路超声波坏境探测器的研制.中国科学院研究生院学报，2002，1

5、9（2）：172-176【9】 茂山.超声波测距原理与其实践技术.实用测试技术，1994.1【10】 曾德怀，存禧等.行走机器人的超声波测距系统的研究.机械科学与技术，2004，23（5）：613-616.【11】 王云涛，鲍青衫等.超声波测距系统在移动智能机器人中的应用.工业大学学报。1998，2，30(1)：20-23【12】 迎新等.单片机初级教程（单片机初级基础）.航空航天大学【13】 华成英等.模拟电子技术基本教程.清华大学【14】 庄晓东，孟庆春，殷波等.动态坏境中基于模糊概念的机器人路径搜索方法.机器人，2001，23（5）：397-399五、进程安排阶 段起 止 日 期主 要

6、容12012年09月10日2012年10月10日查阅相关文献资料，明确研究容，进行选题。22012年10月11日2012年11月11日收集、整理材料，编写提纲。完成开题报告。32012年11月12日2013年03月12日论文撰写，提交中期检查表42013年03月13日2013年04月05日提交论文初稿、修改、答辩六、本毕业设计（论文）任务下达书于2012年06月26日发出。毕业设计（论文）应于2013年04月05日前完成后交指导教师，由指导教师评阅后提交毕业论文（设计）答辩委员会。指导教师（签名）：学生（签名）：涛涛注：毕业设计（论文）任务下达书一式两份，一份给学生，一份留学院存档。附5：本科

7、毕业论文（设计）文献综述（学生用表）学生学号题目超声波测距在机器人避障中的应用随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被广泛应用到多个领域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD探测、雷达测距、激光测距等。但是雷达测距容易受到电磁波的影响，激光测距成本太高等因素。与前几种测距方式相比，超声波测距可以直接测量近距离目标，而且覆盖面积较大的优点。目前，超声波测距已普遍在液体测量、移位机器人定位和避障等领域，应用前景广阔。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功

8、能，最终发展到具有创造力。本设计采用以单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。系统由AT89C51单片机、发射电路、接收电路、超声波传感器、七段LED数码显示管组成。接收信号经单片机综合分析处理，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。实验方案：本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。系统由AT89C51单片机、发射电路、接收电路、超声波传感器探头、八段LED数码显示管组成。实现原理与过程：由单片机产生40kHz的方波，但是这个方波太弱需要经过放大才能驱动超声波

9、发生器，经过放大后，超声波传感器发射端震荡发射超声波。超声波经过反射物反射回来后由传感器接收端接受，当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，结果输出给LED显示。所需6V直流电源或者5V电脑USB电压。超声波接受超声波发送 单片机 控制器LED显示扫描驱动本课题介绍了一种基于单片机的超声波测距系统的原理和设计。给出了硬件和软件的设计方案。超声波传感器是本系统的核心器件，本论文详细地介绍了超声波传感器的原理、结构、检测方式以与它的一些特性。只有深入地了解超声波传感器

10、的工作原理，才能更好的设计测距电路。单片机是本系统的控制部分，采用Atmel 公司生产的AT89C51芯片。通过对单片机产生的信号进行放大，以驱动传感器工作。接收电路采用的是CX20106A，通过接收电路对接收到的信号进行放大和整形，最终再输出负脉冲给单片机响应中断程序。本系统的LED 显示部分采用的是动态扫描方式，并用单片机软件译码。单片机部采用C 语言编程，信号的产生、时间差的读取、距离的计算以与显示输出的译码都由单片机编程完成。本文实现了利用超声波测距信息来实现移动机器人的顺利避障行走，是因为超声波测距仪信息处理简单、速度快，但它也具有一定的局限性，主要表现在探测波束角过大、方向性差、只

11、能获得目标的距离信息，而不能准确地提供目标的边界信息等，故需要对数据的融合算法进行进一步的研究，以消除它的缺陷。【1】 凤然，田红芳，王侃.基于单片机的移动机器人自动避障控制系统.中国仪器仪表，2001，3：27-29【2】 蔡美琴.MCS-51系列单片机系统与其应用.：高等教育，1999.4【3】 徐，谭敏.移动机器人的发展现状与其趋势.机器人技术与应用，2001.3【4】 玉琴，敬文.超声波测距仪在移动机器人避障中的应用，2006.6【5】 晔，王峰，韦兆碧，等.超声波测距仪的研究.计算机测量与控制，2002.10【6】 栗桂凤，周东辉，王光昕.基于超声波传感器的机器人坏境探测系统.传感器

12、技术，2005.2【7】 孟庆春，齐勇，淑君等.智能机器人与其发展.中国海洋大学学报，2004，34（5）：831-838【8】 罗本成等.机器人多路超声波坏境探测器的研制.中国科学院研究生院学报，2002，19（2）：172-176【9】 茂山.超声波测距原理与其实践技术.实用测试技术，1994.1【10】 曾德怀，存禧等.行走机器人的超声波测距系统的研究.机械科学与技术，2004，23（5）：613-616.【11】 王云涛，鲍青衫等.超声波测距系统在移动智能机器人中的应用.工业大学学报。1998，2，30(1)：20-23【12】 迎新等.单片机初级教程（单片机初级基础）.航空航天大学【

13、13】 华成英等.模拟电子技术基本教程.清华大学【14】 庄晓东，孟庆春，殷波等.动态坏境中基于模糊概念的机器人路径搜索方法.机器人，2001，23（5）：397-399【15】 汝波，周宁，顾国昌等.基于强化学习的智能机器人碰壁方法研究.机器人，1999，21（3）：204-209不够可加附页附6：本科专业职业生涯设计开题报告书 学生涛涛 学号1 题目超声波测距在机器人避障中的应用容：设计题目：超声波测距在机器人避障中的应用设计的目的与意义设计的目的随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展

14、而又有无限前景的技术与产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到

15、具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。设计的意义随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距

16、仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。设计任务与要求设计一超声波测距仪，任务：了解超声波测距原理。(1) 了解超声波测距原理。(2) 根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。设计一超声波测距仪，要求：(1) 设计出超声波测距仪的硬件结构电路。(2) 对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。(3) 对设计的电路进行分析。(4) 以数字的形式显示测量距离。设计思路(1) 超声波测距原理发射器发出的超声波以速度在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，

17、由s=vt/2即可算出被测物体的距离。(2) 超声波测距仪原理框图如下图所示单片机发出 40kHz 的信号经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为 t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送 LED 显示。超声波接受超声波发送 单片机 控制器LED显示扫描驱动主要参考文献【1】 凤然，田红芳，王侃.基于单片机的移动机器人自动避障控制系统.中国仪器仪表，2001，3：27-29【2】 蔡美琴.MCS-51系列单片机系统与其应用.：高等教育，1999.4【3】 徐，谭敏.移动机器人的发展现状与其趋势.机器

18、人技术与应用，2001.3【4】 玉琴，敬文.超声波测距仪在移动机器人避障中的应用，2006.6【5】 晔，王峰，韦兆碧，等.超声波测距仪的研究.计算机测量与控制，2002.10【6】 栗桂凤，周东辉，王光昕.基于超声波传感器的机器人坏境探测系统.传感器技术，2005.2【7】 孟庆春，齐勇，淑君等.智能机器人与其发展.中国海洋大学学报，2004，34（5）：831-838【8】 罗本成等.机器人多路超声波坏境探测器的研制.中国科学院研究生院学报，2002，19（2）：172-176【9】 茂山.超声波测距原理与其实践技术.实用测试技术，1994.1【10】 曾德怀，存禧等.行走机器人的超声波

19、测距系统的研究.机械科学与技术，2004，23（5）：613-616.【11】 王云涛，鲍青衫等.超声波测距系统在移动智能机器人中的应用.工业大学学报。1998，2，30(1)：20-23【12】 迎新等.单片机初级教程（单片机初级基础）.航空航天大学【13】 华成英等.模拟电子技术基本教程.清华大学【14】 庄晓东，孟庆春，殷波等.动态坏境中基于模糊概念的机器人路径搜索方法.机器人，2001，23（5）：397-399【15】 汝波，周宁，顾国昌等.基于强化学习的智能机器人碰壁方法研究.机器人，1999，21（3）：204-209写作进度安排2012 年 9 月 - 2012 年10 月 查

20、阅相关文献资料，明确研究容，进行选题。2012 年 10 月 - 2012 年11月 收集、整理材料，编写提纲。完成开题报告。2012 年 11 月 - 2013 年03 月 论文撰写，提交中期检查表2013 年 3 月 - 2013 年04 月 提交论文初稿、修改、答辩指导教师意见：该生认真查阅相关资料，根据选题要求探索超声波测距的现状，并提出了存在的问题以与改进的方法。积极研究AT89C51单片机的工作原理以与应用，运用现有的功能模块集成电路实现了“超声波测距在机器人壁障中的应用”的操作控制要求。设计的广度深度适中，具有一定的社会价值，工作量饱满。预测能获得较好的成绩。同意开题 指导教师：

21、 2012 年 10 月 10 日 开题小组意见: 开题小组长： 年 月 日学院意见: 院长： 年 月 日 注：各学院可根据专业特点对开题报告格式进行适当调整。11 / 22附7：本科毕业论文（设计）选题变更审批表（教师用表）学生学 号变更前题目变更后题目选题变更原因与论文工作计划、进度安排指导教师： 年 月 日学院意见 院长： 年 月 日附8：毕业论文（设计）选题落实情况统计表学院： 专业： 填表时间： 年 月 日序号题目名称选题来源选题性质指导教师学生成果形式论文地点姓 名职称姓 名学号说明：1.本表由学生所在学院教务人员负责填写，一式两份，教务处、学院各一份；2.选题来源：是指导师推荐、

22、学生自选、其它。3.选题性质：是指理论研究、应用研究、其它。4.外聘教师后加符号“*”附9：本科毕业论文（设计）中期检查与指导记录表（指导教师用表）学生涛涛学 号1题 目超声波测距在机器人避障中的应用是否按计划完成工作任务是 基本按计划要求 否是否有能力独立按期完成毕业论文（设计）是 基本按计划要求 否目前进展情况（学生论文写作进展、资料搜集和利用情况、教师指导情况等）学生毕业设计正在撰写当中，资料搜集已经基本完成，正在整理利用中。对此后论文（设计）工作的建议，包括应注意的问题与采取的措施合理安排时间，抓紧时间完成论文初稿的撰写，尽量多查找并阅读相关的专业资料，按照指导老师要求的来，注意论文结

23、构和步骤，论文设计过程中也可以和同学一起讨论互帮互助，当然还可以请求指导老师的帮助。 设计论文要一定要本着负责任的态度，认真务实的完成，论文设计尽量自己独立思考，独自完成，也可以请教指导老师指导部分困惑，应多查找资料和参考文献，充实论文容。（不少于150字） 指导教师签章： 2012 年 12月 10 日学院意见院长签章： 年 月 日说明：本表供指导教师中期检查使用。教师指导记录的形式与格式由各学院自行设计。附10：毕业论文（设计）书面成绩评分参考标准（指导教师用表）一级指标二级指标具体要求分值学术水平立题水平符合培养目标和教学基本要求，深度、难度、广度适当，能达到科研实践训练的要求6实验（调

24、查）方法能正确设计实验（调查）方案，实验（调查）方法先进合理，实验（调查）结果达到预期目标6结论合理性结论符合理论法则和基本原则；图纸质量高，工艺可行；建模正确，设计合理6创新水平有创新意识、创新点， 对前人工作有改进或突破，或有独到见解。7应用价值推广前景推广前景好，推广后可以创造一定的经济价值或社会价值5适用面论文研究的容适应围较广泛，并在较长的时间可以适用5论文写作能力格 式符号统一，编号齐全，图表完备、整洁、准确，符合论文格式规与要求；论文各构件齐全、格式正确5结 构布局合理，段落规，层次清楚，结构严谨5文 字文字通顺、规，语言准确、简洁、严密，表达能力强5逻辑性思路清晰，条理清楚，逻

25、辑严密，主分论一致，富有说服力5综合应用能力综合应用文献资料能力查阅文献有一定广泛性；能独立查阅文献和搜集资料，并且收集的资料翔实、充分，能恰切地说明问题7学科间理论综合应用能力综合分析正确、合理；设计、计算准确；方案论证充分；能综合多学科、多层面的理论或技术并能熟练应用7综合应用技术、工具能力设计或论文中综合应用了较多技术或工具，并能独立完成6解决问题能力分析问题能力有清晰的思路、恰当的方法，能全面地分析出问题与原因10解决问题能力能根据分析的结果提出完整的解决方案10遵守纪律情况遵守纪律、工 作 量 、工 作 态 度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风

26、严谨务实5注：各学院可根据专业特点对指标、要求进行适当调整。附11：毕业论文（设计）指导教师评分表2013 年 4 月 2 日姓 名涛涛学号1论文题目超声波测距在机器人避障中的应用指导教师评语毕业设计选题反映学科前沿动态，符合本专业培养目标，选题具有一定的理论意义和现实意义，难度切实可行。工作量达到论文开题任务书规定的学位论文要求，完成论文的态度端正。文献阅读能力较强，论文撰写过程中对相关献阅读量较大，资料覆盖面较广。对该领域的各种理论知识理解正确，运用合理。具有独立查阅文献，正确翻译，合理加工、利用各种信息，获取新知识的能力。研究、设计方案优化合理，实验方法科学，完成论文的技术路线科学合理，

27、能独立从事调查研究，发现、解决实际问题并得出结论，较好的课题的研究目标。对该学科基础理论知识有很好的掌握，对学科前沿的发展动态有较全面的了解，并在论文中有较好的应用。论文论点鲜明，结构严紧，逻辑严密，容体系完整。论文遵守学术论文的具体规定，图表注释明确，论文格式规，符合要求。是否同意提交答辩同意提交答辩不同意提交答辩评定成绩（百分制）指导教师签字职称附12：毕业论文（设计）书面成绩评分参考标准（评阅人用表）一级指标二级指标具体要求分值学术水平立题水平符合培养目标和教学基本要求，深度、难度、广度适当，能达到科研实践训练的要求5实验（调查）方法能正确设计实验（调查）方案，实验（调查）方法先进合理，

28、实验（调查）结果达到预期目标5结论合理性结论符合理论法则和基本原则；图纸质量高，工艺可行；建模正确，设计合理10创新水平有创新意识、创新点， 对前人工作有改进或突破，或有独到见解。10应用价值推广前景推广前景好，推广后可以创造一定的经济价值或社会价值5适用面论文研究的容适应围较广泛，并在较长的时间可以适用5论文写作能力格 式符号统一，编号齐全，图表完备、整洁、准确，符合论文格式规与要求；论文各构件齐全、格式正确 5结 构布局合理，段落规，层次清楚，结构严谨5文 字文字通顺、规，语言准确、简洁、严密，表达能力强5逻辑性思路清晰，条理清楚，逻辑严密，主分论一致，富有说服力5综合应用能力综合应用文献

29、资料能力查阅文献有一定广泛性；能独立查阅文献和搜集资料，并且收集的资料翔实、充分，能恰切地说明问题7学科间理论综合应用能力综合分析正确、合理；设计、计算准确；方案论证充分；能综合多学科、多层面的理论或技术并能熟练应用7综合应用技术、工具能力设计或论文中综合应用了较多技术或工具，并能独立完成6解决问题能力分析问题能力有清晰的思路、恰当的方法，能全面地分析出问题与原因10解决问题能力能根据分析的结果提出完整的解决方案10注：各学院可根据专业特点对指标、要求进行适当调整。附13：毕业论文（设计）评阅人评分表2012 年 4 月 2 日姓 名涛涛学号1论文题目超声波测距在机器人避障中的应用评阅人评语该

30、生实现了超声波测距在机器人避障中的应用的设计。它是以AT89C51单片机芯片为核心，通过温度传感器和超声波传感器采集外界信号，然后将采集的信号进行转换处理，然后通过一系列I/O端口发出电平信号，来驱动外界的灭火设备。 该论文综合分析较正确、合理；设计、计算准确；方案论证充分；能综合多学科、多层面的理论或技术，并能熟练应用。有清晰的思路、恰当的方法，能全面地分析出问题与原因能根据分析的结果提出完整的解决方案。基本符合教学培养目标和教学要求。是否同意提交答辩同意提交答辩不同意提交答辩评定成绩（百分制）评阅人签字职称附14：本科专业职业生涯设计答辩记录表学生涛涛学 号1题 目超声波测距在机器人避障中

31、的应用答辩时间2012 年 4 月 12 日问题与回答要点（以问答形式记录）： 1.传感器检测的距离，这个距离是怎么设定的？答：可以给这个程序预定义可编程序的临界距离，当检测的距离小于它时，电机左右转向控制驱动，从而绕过障碍物实现避障效果。2.LM358这个器件叫什么？它的工作原理？答LM358是红外线探测报警器。工作原理：LM358 部包括有两个独立的、高增益、部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。（不少于200字）（

32、可加附页）答辩秘书签字： 年 月 日附15：毕业论文（设计）答辩成绩标准评价容具体要求分值报告容思路清晰，条理清楚，逻辑严密；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨、有价值等。35创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解等。30答 辩回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度等。30报告时间符合要求。5总分100附16：毕业论文（设计）答辩成绩评分表学生涛涛学号1论文题目超声波测距在机器人避障中的应用答辩小组评语该生对论文熟悉并且能掌握和论文相关的基础知识，能较准确的回答答辩小组的问题，基本概念清楚 ，回答问题思路较清晰，条理清楚，逻辑严密；语

33、言表达准确；。该生论文研究的容较适用。具有现实意义，论文段落规，层次清楚，结构严谨。设计结果基本达到预期目标。答辩小组一致同意通过该同学的毕业论文答辩。是否通过答辩是评定成绩（百分制）答辩小组签字： 答辩小组组长：答辩小组成员：、年月日附17：本科专业职业生涯设计成绩评定书 电气工程与其自动化 专业学生 涛涛 ，学号1论文（设计、作品）题目： 超声波测距在机器人壁障中的应用 专业指导教师评定成绩（百分制）为：，外聘职业工作者评定成绩（百分制）为：，评阅教师评定成绩（百分制）为：，答辩小组评定成绩（百分制）为：。按照3：2：2：3的比例计算，该同学职业生涯设计百分制成绩为：，折合五级计分制为 。 院长（签章）年 月 日