基于单接收头的超声波多目标测距

2 阈值和分辨率

阈值的选取，决定本测距系统的测量精度。 由于回波的能量大小受入射角、反射面大小、形状和材质、空气的湿度和温度等因素决定，为了较精确地测量文献中机器人与墙壁之间的距离，下面只针对超声波垂直入射墙壁，接受信号的大小进行分析。

在测量时，一旦有干扰物挡住超声波到墙壁的行进路径，则墙壁返回的信号将减弱，过高的阈值可能测不到墙壁回波信号，动态阈值因无规律可循而无法使用，故此阈值采用小固定值，因接收信号中的噪声峰值较稳定，固定阈值取3~5 倍噪声峰值。 由于墙壁回波信号不确定地高低变化，在标定测量参数时，用示波器采集信号，以接收信号包络峰值的0. 5 倍处（即图2 中n = 4 或5 处的时间） 作为距离信息。 这样处理的目的是： 即使接收信号过强或过弱，测距误差始终在3~5 cm 以内。 当N 过大时，盲区会增大同时测量精度也会下降，见图3.

多目标测量要能区分出两个不同目标。 由于阈值取得小，则系统的分辨能力很差，从图2 上可看出接收信号经1. 5 ms 后正弦幅值是包络峰值的0. 015倍。 图2 的波形只有在超声波垂直入射墙壁时才能得到，在大多数情况下接收信号从起振到包络峰值基本固定，但是接收信号从包络峰值以后各不一样，一般从起振经1. 5 ms~2 ms 后都会降到阈值以下。

在测量墙壁距离时，只要干扰物与墙壁保持30 cm以上距离则墙壁距离能较精确获得。

3 系统硬件

C8051 系列单片机具有丰富的模拟、数字外设和多种总线接口，支持在线编程，是很多测控系统的首选。系统硬件框图如图4 ,C8051F021 有5 个定时器，5 个PCA 通道，测4 个方向的超声波传感器发射头可共用1 个40 kHz 方波信号，实行同步发射；4 个接收头可接入PCA 的4 个通道。 信号放大电路的放大倍数在800 左右，即使接收信号经过带通滤波器，噪声峰值也达30 mv.

图5 用示波器标定系统（只有一个发射头和一个接收头）