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摘要：随着科技水平的发展，电动轮椅车的技术水平也比以往更高，很多电动轮椅车上都安装了超声波传感器，波式测距超声波传感器是近年来一种流行的超声波传感器，目前已经广泛地应用于测探、测距、医疗、探伤等方面，這种传感器不会受到颜色的影响，适宜用在电动车轮椅中，应用的安全性、经济性水平都相对较高，本文主要探讨超声波传感器在电动轮椅车上的应用。
关键词：超声波传感器 电动轮椅车 应用研究
超声波传感器是一种利用超声波特性研制的传感器，其振动频率高于声波机械波，超声波是由环能晶片激发而出，具有波长短、频率高、绕射现象少的特点，尤其是其方向性能极佳，对于固体、液体的穿透力很大，在不透明的固体中也能够穿透一定的深度，在遇到活动物体时会出现多普勒效应，在遇到分界面和杂质后会出现明显的反射回波，因此，超声波传感器已经广泛地用在国防、工业以及生物医学等方面，也取得了十分理想的效果。随着科技水平的发展，电动轮椅车的技术水平也比以往更高，很多电动轮椅车上都安装了超声波传感器，对于安装在电动轮椅车上的超声波传感器，其检测的信号必须要收发一体，检测的范围不能太小，对人体要无伤害。目前，传感器的种类很多，在以往，应用在电动轮椅车上的传感器一般为红外传感器、激光式传感器等等，其检测距离约为1米左右，成本相对较低，但是在夜晚等光线较差的环境中，必须要有额外光源来辅助，应用起来具有一些局限性。波式测距超声波传感器是近年来一种流行的超声波传感器，目前已经广泛的应用于测探、测距、医疗、探伤等方面，这种传感器不会受到颜色的影响，适宜用在电动车轮椅中，应用的安全性、经济性水平都相对较高，下面就对波式测距超声波传感器在电动轮椅车上的应用进行深入的探讨。
1 超声波传感器的测距原理
1.1 超声波的测距原理
在触发脉冲时，超声波传感器发射出的脉冲波作用到一个反射的物体上，在经过一段反射时间后，反射回来的声波就会被换能器所接收，经过计算、分析、处理就可以得出障碍物的距离。超声波从反射器物体表面到转换器中所有的时间计算方式为：
其中h是换能器距离障碍物之间的距离，c是超声波的传播速度，因此，只要明确超声波的传输时间t，便可以计算出其传输距离。
1.2 电动轮椅超声波测距原理
图1是电动轮椅车超声波测距原理图，脉冲信号从微处理器中发出，在脉冲信号发出后，计数器就会开始计数，在遇到障碍物之后，反馈信号会经过接收器而放大，产生脉冲后会传递至INTO，继而中断，在中断之后微处理器就会使用距离运算程序来计算出电动轮椅车距离障碍物之间的距离，并将距离显示在LED屏之中。
2 超声波测距电路设计方案
图2 是超声波测距电路的示意图，当单片机I/O口P2.3为0时，发射电路会发出超声波，当P2.3为1时，发射电路就会停止振荡，并停止发出超声波。对于障碍物距离的测算，需要使用程序计算法进行，在计算时，需要将数码管中显示出的技术值进行记录，继而计算出距离障碍物的实际距离。在计算时，需要将颠簸、摇摆和干扰的因素考虑进去，对测量信号进行数字滤波处理，如果在最大检测距离中，未出现INTO中断的情况，那么就说明这是由于颠簸、测量等因素带来的无回波情况，那么就要将本次测量数据忽略，如果连续三次出现这样的情况，则说明在最大检测距离中无障碍物，就可以对测量数值进行滤波处理，进而根据综合测距公式来计算出实际的距离。
距离计算公式为：
x=■Cixn-1；
其中，C0、C1、C2、C3......、Cn-1为常数项。
超声波测距模块分为超声波脉冲产生子程序、距离运算子程序以及超声波接收中断服务程序三个模块，具体的工作流程为，子程序在开始计数之后，会在250μs之内发出10个周期为40kHz的脉冲，发出的脉冲会通过I/O端口，通过I/O端口后会经过驱动电路，探头会发射出超声波，超声波经过障碍物的反射后，会被探头接受，再进行波形整形，形成矩形，矩形脉冲会触发单片机外部，再将运算子程序调动起来，最后中断返回。超声波脉冲产生子程序、距离运算子程序以及超声波接收中断服务程序会保留最近三个数据，在距离测量的次数小于或者等于2时，直接使用公式可以计算出距离障碍物的实际距离。
软件可以选择具有ISP功能的单片机，这种单片机不需要仿真器的支持就可以实现数据的下载和调试，这种单片机编程的语言使用C51高级语言和汇编语言，可以有效提升系统的可靠性和实时性。一般超声波的测距可以分为距离运算子程序、接受中断服务程序以及超声波脉冲产生子程序三个模块。具体的工作程序为，子程序在计时开始后，会在250μs内发出脉冲，进而形成一种矩阵脉冲，该种矩阵脉冲会触发单片机外部，导致单片机外部中断。三个测距单元会保留最近三个数据，并直接根据公式得出实际的距离。
3 超声波传感器在电动轮椅车上的应用
超声波传感器测量的距离与超声换能器的频率有着密切的关系，频率越低，量程越高，频率越高，量程越小。电动轮椅车的行驶速度不高，对于障碍物距离的测量要求也不高，只要在量程范围内可以测量出电动轮椅车距离障碍物之间的距离即可，一般单片机会计算并显示出电动轮椅车距离障碍物1米时的距离，并根据障碍物的实际情况来降低电动轮椅车的行驶速度。在距离的计算时，会遵循以下的公式：
即v=a×v0，
其中，a为速度系数，a的取值范围介于0到1之间，具体的数值则由单片机根据实际情况进行自动调整，如果测量距离为0.7m，a的取值为0.5，如果测量的距离为1m，a的取值为0.95，如果测量距离为0.5m时，a的取值为0.3。按照当前的技术手段，单片机处理信号、控制信号的时间需要20ms左右。电动轮椅车的车速介于0到4.5KM/h，最大时速为4.5KM/h，那么根据速度计算方式，电动轮椅车每20ms的时间最多前进的距离为2.5KM，从这一层面而言，电动轮椅车的行驶速度很慢，在20ms的行驶距离也不会对电动轮椅车的行车安全造成影响，在这段时间之内，超声换能器不会接受回声，这也是测量的盲区。当电动轮椅车距离障碍物越来越近，直到距离接近500mm时，回波的接受会变得逐渐不规则，这也是回波的接受盲区，为了保证行车安全，在盲区临界点，单片机就会出现蜂鸣提示信号，这就会保证使用者的安全，这种测距方式具有很高的使用价值。
4 结语
电动轮椅车按照上述的方法来安装超声波传感器，在逐渐靠近障碍物时，电动轮椅车中的超声波传感就会发出相应的信号来提示避障，这样就能够避免安全事故的发生，达到保护驾驶人员安全的作用，这种测距的方式灵敏度高，精度准确，测量的精度能够实现厘米，具有较为理想的实用价值。但是，由于各种因素的影响，传感器的测距还存在一些不足之处，因此，在下一阶段，必须要运用好融合技术，进一步完善电动轮椅车的避障功能。
参考文献：
[1]田志宏，曹建光，刘秀红.超声波传感器在电动轮椅车上的应用研究[J].传感技术学报，2007，03（30）：31-32.
[2]李雯雯，侯媛彬.超声波传感器在自动导航小车中的应用研究[J].第十七届全国煤矿自动化学术年会、中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集，2007，06（30）：90-91.
[3]易当祥，吕建刚，高欣宝，韩守红.超声波传感器在主动悬挂系统中的应用研究[J].微计算机信息，2009，07（15）：51-52.
[4]李戈，孟祥杰，王晓华，王重秋.国内超声波测距研究应用现状[J].测绘科学，2011，07（20）：21-22.
作者简介：
徐向美（1983-），女，山东莱阳人，教师，助教，研究方向：电路系统设计与智能化设备。
关键词：超声波传感器 电动轮椅车 应用研究
超声波传感器是一种利用超声波特性研制的传感器，其振动频率高于声波机械波，超声波是由环能晶片激发而出，具有波长短、频率高、绕射现象少的特点，尤其是其方向性能极佳，对于固体、液体的穿透力很大，在不透明的固体中也能够穿透一定的深度，在遇到活动物体时会出现多普勒效应，在遇到分界面和杂质后会出现明显的反射回波，因此，超声波传感器已经广泛地用在国防、工业以及生物医学等方面，也取得了十分理想的效果。随着科技水平的发展，电动轮椅车的技术水平也比以往更高，很多电动轮椅车上都安装了超声波传感器，对于安装在电动轮椅车上的超声波传感器，其检测的信号必须要收发一体，检测的范围不能太小，对人体要无伤害。目前，传感器的种类很多，在以往，应用在电动轮椅车上的传感器一般为红外传感器、激光式传感器等等，其检测距离约为1米左右，成本相对较低，但是在夜晚等光线较差的环境中，必须要有额外光源来辅助，应用起来具有一些局限性。波式测距超声波传感器是近年来一种流行的超声波传感器，目前已经广泛的应用于测探、测距、医疗、探伤等方面，这种传感器不会受到颜色的影响，适宜用在电动车轮椅中，应用的安全性、经济性水平都相对较高，下面就对波式测距超声波传感器在电动轮椅车上的应用进行深入的探讨。
1 超声波传感器的测距原理
1.1 超声波的测距原理
在触发脉冲时，超声波传感器发射出的脉冲波作用到一个反射的物体上，在经过一段反射时间后，反射回来的声波就会被换能器所接收，经过计算、分析、处理就可以得出障碍物的距离。超声波从反射器物体表面到转换器中所有的时间计算方式为：
其中h是换能器距离障碍物之间的距离，c是超声波的传播速度，因此，只要明确超声波的传输时间t，便可以计算出其传输距离。
1.2 电动轮椅超声波测距原理
图1是电动轮椅车超声波测距原理图，脉冲信号从微处理器中发出，在脉冲信号发出后，计数器就会开始计数，在遇到障碍物之后，反馈信号会经过接收器而放大，产生脉冲后会传递至INTO，继而中断，在中断之后微处理器就会使用距离运算程序来计算出电动轮椅车距离障碍物之间的距离，并将距离显示在LED屏之中。
2 超声波测距电路设计方案
图2 是超声波测距电路的示意图，当单片机I/O口P2.3为0时，发射电路会发出超声波，当P2.3为1时，发射电路就会停止振荡，并停止发出超声波。对于障碍物距离的测算，需要使用程序计算法进行，在计算时，需要将数码管中显示出的技术值进行记录，继而计算出距离障碍物的实际距离。在计算时，需要将颠簸、摇摆和干扰的因素考虑进去，对测量信号进行数字滤波处理，如果在最大检测距离中，未出现INTO中断的情况，那么就说明这是由于颠簸、测量等因素带来的无回波情况，那么就要将本次测量数据忽略，如果连续三次出现这样的情况，则说明在最大检测距离中无障碍物，就可以对测量数值进行滤波处理，进而根据综合测距公式来计算出实际的距离。
距离计算公式为：
x=■Cixn-1；
其中，C0、C1、C2、C3......、Cn-1为常数项。
超声波测距模块分为超声波脉冲产生子程序、距离运算子程序以及超声波接收中断服务程序三个模块，具体的工作流程为，子程序在开始计数之后，会在250μs之内发出10个周期为40kHz的脉冲，发出的脉冲会通过I/O端口，通过I/O端口后会经过驱动电路，探头会发射出超声波，超声波经过障碍物的反射后，会被探头接受，再进行波形整形，形成矩形，矩形脉冲会触发单片机外部，再将运算子程序调动起来，最后中断返回。超声波脉冲产生子程序、距离运算子程序以及超声波接收中断服务程序会保留最近三个数据，在距离测量的次数小于或者等于2时，直接使用公式可以计算出距离障碍物的实际距离。
软件可以选择具有ISP功能的单片机，这种单片机不需要仿真器的支持就可以实现数据的下载和调试，这种单片机编程的语言使用C51高级语言和汇编语言，可以有效提升系统的可靠性和实时性。一般超声波的测距可以分为距离运算子程序、接受中断服务程序以及超声波脉冲产生子程序三个模块。具体的工作程序为，子程序在计时开始后，会在250μs内发出脉冲，进而形成一种矩阵脉冲，该种矩阵脉冲会触发单片机外部，导致单片机外部中断。三个测距单元会保留最近三个数据，并直接根据公式得出实际的距离。
3 超声波传感器在电动轮椅车上的应用
超声波传感器测量的距离与超声换能器的频率有着密切的关系，频率越低，量程越高，频率越高，量程越小。电动轮椅车的行驶速度不高，对于障碍物距离的测量要求也不高，只要在量程范围内可以测量出电动轮椅车距离障碍物之间的距离即可，一般单片机会计算并显示出电动轮椅车距离障碍物1米时的距离，并根据障碍物的实际情况来降低电动轮椅车的行驶速度。在距离的计算时，会遵循以下的公式：
即v=a×v0，
其中，a为速度系数，a的取值范围介于0到1之间，具体的数值则由单片机根据实际情况进行自动调整，如果测量距离为0.7m，a的取值为0.5，如果测量的距离为1m，a的取值为0.95，如果测量距离为0.5m时，a的取值为0.3。按照当前的技术手段，单片机处理信号、控制信号的时间需要20ms左右。电动轮椅车的车速介于0到4.5KM/h，最大时速为4.5KM/h，那么根据速度计算方式，电动轮椅车每20ms的时间最多前进的距离为2.5KM，从这一层面而言，电动轮椅车的行驶速度很慢，在20ms的行驶距离也不会对电动轮椅车的行车安全造成影响，在这段时间之内，超声换能器不会接受回声，这也是测量的盲区。当电动轮椅车距离障碍物越来越近，直到距离接近500mm时，回波的接受会变得逐渐不规则，这也是回波的接受盲区，为了保证行车安全，在盲区临界点，单片机就会出现蜂鸣提示信号，这就会保证使用者的安全，这种测距方式具有很高的使用价值。
4 结语
电动轮椅车按照上述的方法来安装超声波传感器，在逐渐靠近障碍物时，电动轮椅车中的超声波传感就会发出相应的信号来提示避障，这样就能够避免安全事故的发生，达到保护驾驶人员安全的作用，这种测距的方式灵敏度高，精度准确，测量的精度能够实现厘米，具有较为理想的实用价值。但是，由于各种因素的影响，传感器的测距还存在一些不足之处，因此，在下一阶段，必须要运用好融合技术，进一步完善电动轮椅车的避障功能。
参考文献：
[1]田志宏，曹建光，刘秀红.超声波传感器在电动轮椅车上的应用研究[J].传感技术学报，2007，03（30）：31-32.
[2]李雯雯，侯媛彬.超声波传感器在自动导航小车中的应用研究[J].第十七届全国煤矿自动化学术年会、中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集，2007，06（30）：90-91.
[3]易当祥，吕建刚，高欣宝，韩守红.超声波传感器在主动悬挂系统中的应用研究[J].微计算机信息，2009，07（15）：51-52.
[4]李戈，孟祥杰，王晓华，王重秋.国内超声波测距研究应用现状[J].测绘科学，2011，07（20）：21-22.
作者简介：
徐向美（1983-），女，山东莱阳人，教师，助教，研究方向：电路系统设计与智能化设备。