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UP-SONAR10k超声测距传感器
产品名称:UP-SONAR10k超声测距传感器

产品编号:3338-980
产品型号:UP-SONAR10k
供货周期(有库存):10工作日 (无库存):40工作日
数量单位:只
更新时间:2009.08.27
出品单位:北京博创兴盛机器人技术有限公司
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   产品详细介绍
  探测周围环境、障碍物信息是很多自主移动机器人必须具备的功能。测距声纳是移动机器人上经常采用的测距传感器。
   
    UP-Sonar10K 智能超声测距传感器采用了 Polaroid Inc. 生产的 600 系列端面型超声波换能器,以及集成的信号调理和输出放大电路,主要用于测距,检测周围环境的状况。该智能传感器已集成化,与 MCU 的接口较为简单,操作容易,性能稳定,并有不锈钢的保护罩,可以用于室内或者非恶劣的室外环境。传感器外形如图所示。
   
    • 基本原理:
   
    超声波传感器为非接触式的物位传感器,应用领域十分广泛。其工作原理是,工作时向液面或固体表面发射一束超声波,被其反射后,传感器再接收此反射波。设声速一定,根据声波往返的时间就可以计算出传吸器到液面(固体表面)的距离,即测量出液面(固体表面)位置。
    超声测距的原理较简单,一般采用渡越时间法,即:
   
    D=ct/2 (1)
   
    其中 D 为移动机器人与被测障碍物之间的距离, c 为声波在介质中的传输速率。声波在空气中传输速率为
   
    c=c 01+T/273 m/s (2)  
   
    其中,T为绝对温度, c0= 331.4m /s 。在不要求测距精度很高的情况下,一般可以认为 c 为常数。渡越时间法主要是测量超声发射到超声返回的时间间隔 t ,即 " 渡越时间 " ,然后根据式 (1) 计算距离。
   
    在距地面高度为 45cm 、相隔为 15 °的同一环上可均布安装 24 个超声传感器,其编号为 1#~24#( 逆时针布置 ) ,超声传感器波束角为 15 °,超声传感器的最小作用距离为 0.15m 。超声数据采集处理模块位于传感器主板上。
 

性能参数

机器人,排爆机器人,教学机器人,机器人实验室,教育机器人     常用应用范围:距离测量、接近察觉、存在察觉。
   
    • 规格数据:
   
    方向特性 :正向 15 °锥角( -6dB 时)。
    距离范围: 0.15 到 10.7 米 。
    精度:± 3mm — 3m ( 满量程的± 1%) 。
    重量: 8.2 克 。
    外壳: 304 不锈钢。
   
    • 换能器规格:
   
    直流基准电压: 200V 。
    交流基准电压: 200V 。
    峰值结合电压: 400V 。
    最大电容: 400 – 500 pf( 在 150 VDC) 。
    工作温度: -30 to + 70 ° C 。
    存储温度 : -40 to 120 ° C 。
    相对湿度: ( 非凝结 ) 5% - 95%
    镀层薄膜:金
   
   
    • 电气接口:(见下图)
   
    该传感器的电气接口为 7Pin 、 2.54mm 间距的插针。如下图所示。
   
    • 6-30VDC —— 电源,在 Voyager 机器人系统中为 +12V ,典型工作电流为 100mA ,发射电流约为 2A 。
    • GND —— 地。
    • ECHO ——输出反馈信号,当 INIT 启动成功并接受到反射声波时被置位“ 1 ” , TTL 电平。
    • OSC —— 输出时钟,为传感器内部 49.4KHz 时钟,仅当 INIT 为“ 1 ” 时有效。
    • INIT —— 传感器初始化,为“ 1 ” 时开始发射超声波,为“ 0 ” 时等待反射信号,置位时间至少为 5mS 。当 Programable Junper 跳线被短路时为传感器内部 5Hz 时钟输出,不能使用外部初始化。
 

接口方式

机器人,排爆机器人,教学机器人,机器人实验室,教育机器人
    工作时,超声数据采集处理模块的 I/O 端口发出控制信号,启动内部定时器进行计时。此控制信号经功率放大后作为超声传感驱动电路的启动信号 (INIT) ,超声传感器产生的、遇到障碍物时返回的高频振荡信号经放大 ( 为弥补传播过程中信号的衰减 ) 使超声传感驱动电路的 ECHO 端产生高电平脉冲。 ECHO 电平变化经过门电路后引起超声数据采集处理模块的外部中断,在中断程序内获取定时器的计数值,根据式 (1) 计算距离;否则,认为传感器前方探测范围内无障碍物。
   
    使用该传感器的时候要注意的是,所有超声波原理的声纳传感器均有近距离盲区, 600 系列传感器的近距离盲区为 0 -15cm ,即在距离传感器 15cm 以内的障碍物,该传感器无法探测到。这是由传感器的响应频率决定的。其原因是距离太近,传感器无法分辨发射波束与反射波束。超声波还有其它几个缺点,比如回波衰减,折射,尤其是使用超声波阵列的时候,还有交叉感应( A 传感器的发射回波被 B 传感器接收到),扫描频率低(一般不超过 100Hz ,轮询扫描式不超过 10Hz )等问题。不过对于移动机器人来说,超声波还是目前最廉价和有效的传感器。
 

接口方式示意图

机器人,排爆机器人,教学机器人,机器人实验室,教育机器人
    
UP-Sonar10K超声波模块数据手册