基于低能伽马射线法便携式快速测灰仪的研制--《华中科技大学》2007年硕士论文
基于低能伽马射线法便携式快速测灰仪的研制
【摘要】：
在煤炭交易和煤炭利用中,煤灰含量是其重要指标之一。但目前煤矿和煤用户多采用实验室工业方法研究煤灰分含量,这些方法大多过程缓慢,不能及时得到煤的煤灰含量,远远不能满足煤炭交易和煤炭利用的需要。但是先进的煤灰快速分析仪器不仅价格昂贵且安装条件要求高,不符合煤矿以及煤用户的经济利益。因此一种快速简单有效的煤灰测量方法在煤炭交易及煤炭利用中就尤为重要。
针对煤灰分析、煤炭交易和煤炭利用的现状,本文设计了一种基于低能γ射线散射法进行快速煤灰检测的便携式仪器。本文结合室外使用的实际情况,从探测器的众多种类中选择合适NaI(Tl)为探测器以及适合的放射源Am 241;设计了基于单片机的便携式测灰仪电路板及便携式测灰仪整体结构并对对仪器的安全性做出评价。仪器安装完毕以后,研究γ射线强度与煤灰份含量的关系;研究煤的含水量对仪器测量精度的影响;研究煤中铁元素含量变化对测量仪器精度的影响;研究煤的破碎度、压实度对测量仪器精度的影响。最后通过对所有的试验结果分析,提出对仪器测量影响因素的解决方法以及使用注意事项。
【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2007【分类号】：TQ533【目录】：
ABSTRACT5-9
1 绪论9-12
1.1 前言9-10
1.2 国内外研究历史和现状10-11
1.3 课题研究背景11-12
2 基于γ射线法煤灰测量原理及方法比较12-21
2.1 γ射线与物质的相互作用12-13
2.1.1 光电吸收效应12
2.1.2 康普顿散射效应12-13
2.1.3 形成电子对效应13
2.2 γ射线的测灰原理13-15
2.3 基于γ射线法煤灰快速测量方法15-18
2.3.1 天然γ射线法15
2.3.2 单源γ射线透射法15-16
2.3.3 双能γ射线分析法16-17
2.3.4 中子活化分析法17-18
2.3.5 电子对生成法18
2.4 煤灰快速测量方法的比较18-21
2.4.1 单源γ射线透射法18
2.4.2 双源γ射线透射法18-19
2.4.3 单源γ射线反散射法19
2.4.4 天然γ射线法19
2.4.5 电子对湮没辐射法19
2.4.6 瞬发γ射线中子活化分析法19-21
3 便携式快速测灰仪的结构21-33
3.1 总体设计21-22
3.1.1 硬件选择21-22
3.1.2 应用软件22
3.1.3 仪器的整体结构22
3.2 硬件选择22-25
3.2.1 放射源的选择22
3.2.2 闪烁探测器的选择22-24
3.2.3 主控器的选用24-25
3.3 软件设计25-31
3.3.1 单片机软件设计25
3.3.2 主程序25-26
3.3.3 键盘管理程序26
3.3.4 测量程序26-27
3.3.5 标定程序27-29
3.3.6 串口通讯程序29
3.3.7 上位机的软件设计29-31
3.4 仪器的整体结构31-33
4 便携式快速测灰仪的影响因素试验33-50
4.1 影响因素试验33-48
4.1.1 验用煤样品的制备33
4.1.2 工业分析中的煤灰测定试验33-34
4.1.3 本底测试34
4.1.4 安全性评价34-35
4.1.5 γ射线反射强度与煤灰分含量的关系试验35-36
4.1.6 γ射线反射强度与配煤灰分含量的关系试验36-37
4.1.7 γ射线反射强度与煤中水分含量的关系试验37-39
4.1.8 γ射线反射强度与煤中铁元素含量的关系试验39-43
4.1.9 方向对测灰仪的影响试验43-45
4.1.10 压实度对测灰仪的影响试验45-48
4.1.11 碎度对测灰仪的影响试验48
4.2 试验结果48-49
4.3 仪器的使用49-50
5 结论及展望50-52
5.1 研究结果及展望50-52
参考文献53-57
附录 攻读硕士学位期间发表的论文57
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化工商业和贸易数据库煤矿井下机器人超声波探测模块的设计
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题目：煤矿井下机器人超声波探测模块的设计
专题题目：煤矿井下机器人超声波探测模块的软件设计
主要内容和要求：
查阅超声波探测理论的相关文献资料，运用所学测控技术的基本原理及理论，结合煤矿井下仪器工作的环境要求，在规定时间内完成煤矿机器人超声波探测仪软件的设计，编写相关的测试控制源程序并完成调试，按要求撰写本科毕业设计开题报告、学士学位论文并答辩，完成本科毕业设计任务。
本文根据目前机器人避障技术的研究现状提出了基于超声波传感器的测距模块的设计方案，用于煤矿井下机器人避障系统测距。
论文首先对非接触测距的方法进行了介绍，并通过比较常用非接触测距的特点确定了超声波传感器是本课题的最佳选择。随后对超声波的特性及超声波传感器的基本原理进行了描述，并且对传统超声波测距的不足进行分析，确定了利用单片机进行控制来使模块实现机器人避障系统的测距功能。又通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用DS18B20温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。
课题选定了以MCS-51单片机AT89C51为核心控制器，并对超声波测距模块软件设计方案作了详细的介绍。通过选择适当的编译环境，设计算法，规划软件流程，最终完成了超声波测距模块的软件设计。
软件主要由测距主程序、定时中断程序、超声波发射程序、超声波接收计算程序、由温度计算速度误差程序、显示程序等组成。该软件测量精度高，并能够快速的反馈和显示测量结果。
关键词：单片机；超声波；测距
This article according to the present robot to evade obstacle technical the research present situation to propose based on ultrasonic sensor's range finder module's design proposal, used in the coal mine shaft robot evading obstacle the system range finder.
the paper first to non-contacted range finder's method to carry on introduced that and through quite commonly used non-contacted range finder's characteristic to determine the ultrasonic sensor is the best choice to this topic. Afterward has carried on the description to the ultrasonic wave characteristic and ultrasonic sensor's basic principle, and carries on the analysis to insufficiency of the traditional ultrasonic ranging, had determined carries on the control using the monolithic integrated circuit to cause the module to realize the robot to evade obstacle system's range finder function. Also reason which produces through the analysis ultrasonic ranging error, enhances the survey time difference to a microsecond level, as well as carries on the sound wave propagation velocity after the DS18B20 temperature sensor the compensation, we design the high accuracy ultrasonic wave distance gauge can achieve a millimeter level the measuring accuracy.
The topic had designated take MCS-51 monolithic integrated circuit AT89C51 as the core controller, and has made the detailed introduction to the ultrasonic ranging module software design plan. Through the choice suitable translation environment, the design algorithm, the planning software flow, has completed the ultrasonic ranging module software design finally.
The software mainly by the range finder master routine, the timer interruption procedure, the ultrasonic wave launch program, the supersonic reception computational procedure, by the temperature computation speed error procedure, the display sequence and so on is composed. This software measuring accuracy is high, and can the fast feedback and the demonstration measurement result.
Keywords: Monolithi U Range finder
一般设计部分
1.2课题综述 1
1.3超声波测距技术发展及现状 4
1.4统测距设备存在的问题 7
1.5课题要解决的问题及方法 10
1.6小结 11
2 超声波测距方法及原理 13
2.1超声波传感器原理 13
2.2超声波测距原理 16
2.3小结 17
3 超声波测距模块设计总体方案及实现 18
3.1整体方案的确立 18
3.1.1超声波测距误差分析 18
3.2硬件系统的实现 20
3.3测距模块工作过程 21
3.3.1超声波传感器过程 22
3.3.2超声波收发和计算过程 22
3.4小结 23
专题设计部分
4 单片机的编程语言与程序设计方案 24
4.1超声波测距器的算法设计 24
4.3超声波发生子程序和超声波接收中断程序 26
4.4控制源程序清单 28
5调试及性能分析 42
5.1调试 42
5.2性能指标 42
5.3实验结论 42
5.4小结 43
参考文献 46
采矿业是一种劳动条件相当恶劣的生产行业，其主要表现为振动、粉尘、煤尘、瓦斯、冒顶等不安全因素。这些不安全因素极大地威胁井下工人的安全。因此，采矿业迫切要求开发各种不同用途的机器人以取代人类从事的各种有毒，有害及危险环境下的工作。使井下机器人能够实现矿井环境中智能自主的避障运动，对矿井下各种工作的顺利进行具有重要意义。
利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检侧、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量等。
1.2课题综述
众所周知，蝙蝠就是利用超声波原理辨别方向和目标。它们发出高频声波，然后利用目标反射回来的反射波分辨目标的位置和距离。这项技术也可用于工业测量领域随着电子技术的发展，出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。
煤矿采掘工艺一般比较复杂，随着采矿智能化的发展，这种复杂工作很难用一般的自动化机械完成，采用带有一定智能并且具有相当灵活度的机器人是目前最理想的方法。这就需要选择一种易于测量、计算且灵敏度高的传感器以及研制出可以在几厘米到几米范围测距的测距系统。由于井下环境的复杂性以及障碍物的不确定性，煤矿井下机器人正常运作的前提必须快速识别环境并进行避障。机器人检测是否存在物体或障碍物，许多无物理接触的接近觉传感器均可完成这一任务。这些非接触器件可用反射光、超声波或电容、电感和电阻变化的原理进行检测[6]。
激光测距器和成像装置已被开发用于机器人。例如，长距离的飞行时间即可直接测量。然而，因为光的传播速度是每纳秒一英寸，故需使用极高频的计数器。另一种更是用于工业应用中测量距离的方法，使测量发射与接受光束之间的相移。再一种方法是把激光用作立体三角测量系统中的光源，以测量一个物体的距离。激光装置可能存在的问题是对人眼的伤害，故必须慎重使用。此外，如:反射光传感器监控绝对位置有困难。光纤扫描传感器不可能获得可靠的绝对位置信息，只能告诉有无物体存在。涡流传感器在机器人应用中，对不同材料的被检测部件应重新校准检测器[6]。由此可看出这几种方法由于技术难度大，成本高，一般仅用于军事工业。通过对这些器件的原理及应用中出现的不足进行比较分析，发现超声波传感器是其中最具优越性的，且超声波测距则由于其技术难度相对较低，且成本低廉，适于民用推广。
超声波用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害，而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高；而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。
超声波传感器可以用作物体存在的检测器和测定距离。这种传感器测量的是发射超声波和接受到从物体反射回来的超声波之间的时间。这种传感器的作用范围很大，但如果它与物体的距离小于30~50厘米时就不适用了。超声波传感器在移动机器人中是最常用的传感器，用于回避障碍[2]。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用[4]。随着自动测量和微机技术的发展，超声波测距的理论已经成熟，超声波测距的应用也越来越广泛。
所以本课题决定选用超声波传感器作为煤矿井下机器人的测距传感器。
超声波传感器是利用超声波的特性而研制成的传感器。目前，超声波传感技术已广泛应用于机器人避障、测距等领域。超声波传感器与信息技术、集成工艺相结合，为开发智能化、高灵敏度的超声波测距设备创造了有利条件[5]。
未来机器人的一个最大特点将是它的智能化（HALL，1983）。当机器人具有能够感知周围环境的某些事物且能做出反应的传感器时，它将能完成现在不能做的很多事情。它们将像人一样地完成某些作业。虽然目前机器人在工业中执行的很多作业并不需要传感器，但用上传感器肯定会对上述功能有所改进。未来机器人可能提供的一个最为激动人心的能力就是：在哪些我们无法进入或十分危险的环境里，起到人眼和人手的作用。这些环境可以使外层空间、海地、深矿以及充满可燃气体或正在燃烧的建筑等。
煤炭井下机器人可以用以特殊煤层采掘，凿岩、井下喷浆、瓦斯、地压检测，采集样品，钻探，或进行搜集营救作业。早先已经提到的很多其他危险环境，如煤矿、放射线环境、化学污染环境以及北极和沙漠地区等，将是下一代机器人繁衍的重要土壤。对研究和开拓性工作的继续支持将帮助我们对周围世界的探索中跨过最后的障碍。
很多研究中心，如斯坦福大学、卡内基-麦隆大学、辛辛那提大学等正在研究不仅可进行作业，还可控制移动轨迹，且可导向绕过障碍的移动式机器人。在未来很多领域，移动式机器人同样可以得到更广泛的应用，如矿冶应用，核反应堆应用，田地监测等。
1.3超声波测距技术发展及现状
一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验。当时Galton哨在空气中产生的频率达3x104Hz，这是人类首次有效产生的高频声波。
1883年首次制成超声气哨，此后又出现了各种形式的气哨、汽笛和液哨等机械型超声发生器(又称换能器)。由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今还仍广泛地用于对流体媒质的超声处理技术中。
多年来已用超声波测距和提供图像信息。例如，本世纪四十年代用声纳敏感系统探测潜入海底的生物，七十年代用超声波成像提供人体各种器官的图像。Polaroid公司声纳敏感元件的问世将超声波测距带到了非专业性照相市场。用于相机时，Polaroid公司的传感器能产生超声波脉冲，从而测量反射波束(或&回波&返回到传感器时间)。这种信息可用于测量到物体的距离，并根据测量结果自动调节相机的焦距。近年来，这种器件及其类似的探测器已在机器人中应用[6]。
近年来，为了物质结构等基础研究的需要，超声波的产生和接收还在向更高频率(10¹²赫兹以上)发展。例如在媒质端面直接蒸发或溅射上压电薄膜或磁致伸缩的铁磁性薄膜，就可获得数百兆赫直至几万兆赫的超声；利用凹型的微波谐振腔，可在石英棒内获得几万兆赫的超声。此外，用热脉冲、半导体雪崩、超导结、光子与声子的相互作用等方法，产生或接收更高频率的超声。
以超声为工具，来检验、测量或控制各种非声学量及其变化的超声检测和控制技术。用超声波易于获得指向性极好的定向声束，加上超声波能在不透光材料中传播，因此它已广泛地用于各种材料的无损探伤、测厚、测距、医学诊断和成像等。当前，超声检测这方面的新研究和新应用仍在不断地出现，例如，声发射技术和超声全息等等。而采用数字信号处理技术来解决超声检测中以往尚未解决或尚未圆满解决的问题的研究工作，近年来也非常活跃。
超声学仍是一门年轻的学科，其中存在着许多尚待深入研究的问题，对许多超声应用的机理还未彻底了解，况且实践还在不断地向超声学提出各种新的课题，而这些问题的不断提出和解决，都已表明了超声学是在不断向前发展[13]。
 双足行走机器人&ASIMO&，如图1.1
日经BP社报道本田日公开了新一代双足行走机器人&ASIMO&，可以快速行走，并强化了躲避障碍物的功能。
在探测障碍物的传感器方面，除了以前位于头部的立体相机之外，还在腰部新装了超声波传感器与红外线传感器。&将多个传感器的信息综合之后，可以根据行走模式灵活探测障碍物&[13]。
 浙江开发船舶超载自动监测系统
日前，船舶超载自动监测系统通过浙江省科技厅立项论证。该系统利用超声波测距传感器测量船舶装载量，从而替代了手工量船。长期以来，内河船舶检验、船体丈量载重吨位全靠人工操作，测量数据准确度不高。据开发人员介绍，船舶超载自动监测系统主要在河道两岸及水下安装多个超声波测距传感器，在船舶航行中精确测定实际装载量，利用港航综合监管系统的船舶数据，查出船舶超载吨位和大船小证。该项目预计在今年年底完成试验研究，2006年5月在湖州地区投入试用[14]。
 导盲犬恐成历史 香港研发出高科技导盲鞋
导盲犬即将面临失业危机，因为香港科学家已研发出高科技导盲眼镜和导盲鞋，协助视障人士在行进间准确测出最细小的地形起伏。
香港理工大学研究人员表示，眼镜和导盲鞋内建的微电脑藏有声纳装置，若测出近距离有障碍物，鞋子会震动以提醒使用者。
周日晨报引述香港理工大学创新产品与科技研究所主任梁焕方谈话报道：超音波发射反弹回来后由接收器进行分析，当侦测到有障碍物时鞋子会震动，物体越接近震动就越强[15]。
超声波测距学术关注度[16] ，如表1.1所示
表1.1 超声波测距学术关注度
由以上的资料和数据可以看到，人们超声波的研究已有一百多年的历史，而真正把它用于距离的测量确是今年来才逐渐开始的。并且对于超声波的学术关注度也逐年增长，从表1.1可以看出特别是在2000年之后学术界对超声波测距的关注增加速度也较之前有所增长，也说明超声波测距的确是一个值得研究的课题。
1.4统测距设备存在的问题
在测距领域，传统的测距方法都是用一种带有标准刻度的测量工具进行有接触的测量，这种测量方法虽然被广泛的应用在生活中，但在有些场合却无法完成测距的任务。
工程测绘是工程建设勘察设计的重要组成部分。建国前至50年代测绘技术手段滞后，测绘仪器设备主要依靠国外进口的经纬仪、水准仪、平板仪，多采用普通钢尺量距，利用手摇计算机进行测量平差计算，外出测量图多采用平板仪或小平板配合经纬仪进行，整个测绘作业全部依靠人工完成。随着社会的发展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合，传统的测距方法根本无法完成测量的任务。还有在很多要求实时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。于是，为了克服传统测距方法在上述场合的不适用，人们需要探寻一种非接触测距的方式。
70年代后，开始引进瑞典、日本等国制造的中短电磁波测距仪、自动安平精密水准仪进行测区控制边角网和高程测量，使完成测绘成果、成图的技术手段向前跨进了一大步，提高了测绘成果、成图的精度。80年代后，先进测绘技术的推广应用，打破了工程常规作业方法，电磁测距取代了钢尺量距的传统方法，微机计算技术列入工程测绘，工程测绘自此进入了一个全新的发展阶段。1980年4月，山东省勘察院采用光电测距导线及电算先进测绘技术，完成了曲阜城1：1000比例尺地形测图。1983年8月-12月，济南市勘察测量大队采用红外测距及静电复照缩编新技术、新工艺，完成了济南化肥厂总平面测绘任务。
非接触测距是相对于传统的接触测距而言的，主要是指利用超声波特性和电子计数相结合来进行测量。与传统的接触测距相比，非接触测距有以下优势：
a、 测量深度、长度时，便于操作。
b、 测量深度、长度时，其精确度高，不会因视觉差等主观因素影响其精度。
c、 非接触测量往往只需要少数的人就可以完成，节约了人力物力。
d、 在一些恶劣的环境下非接触测距比接触测距更加安全。
测距仪是一种测量空间距离宽度等的仪器，它通过测距传感器可测量从传感器到物体的距离。 电磁波测距仪根据载波为光波或微波而有光电测距仪和微波测距仪之分。前者又因光源和电子部件的改进，发展成为激光测距仪和红外测距仪。
然而在众多非接触测量设备中，也同样存在着一些不足，如早期的光电测距仪采用电子管线路， 以白炽灯或高压水银灯作为光源，体型大，测程较短，而且只能在夜间观测。工程勘探都是在一定环境下完成的，而环境对测距仪的影响是不可忽视的，对于光电测距仪，环境对其影响主要为：
（1）气象条件对光电测距影响较大。
（2）测线应尽量离开地面障碍物1.3m以上，避免通过发热体和较宽水面的上空。
（3）测线应避开强电磁场干扰的地方，例如测线不宜接近变压器、高压线等。
（4）镜站的后面不应有反光镜和其他强光源等背景的干扰。
（5）要严防阳光及其他强光直射接收物镜，避免光线经镜头聚焦进入机内，将部分元件烧坏，阳光下作业应撑伞保护仪器。
同时激光的盲区在15米左右，且超过1064纳米的激光测距仪存在安全隐患。而红外线测距仪昂贵的价格也给测距成本带来一定的压力。微波测距仪除多路径效应严重给观测结果带来误差外，受气湿度的影响相当大，而在野外湿度又难于测定。因此，微波测距的精度低于光电测距仪。
这样对于测距设备的选用就提出了新的要求，即要能够适应测距环境又要满足精度要求。
1.5课题要解决的问题及方法
如今非接触测距已经被广泛应用于现实生活中的各个领域，如：测量井下探测、管道长度、车辆自动导航、物体识别等。位置或接近传感器与测距图像传感器都已被开发用于机器人。目前非接触测距主要有激光测距，雷达测距，和超声波测距等。而由于超声波测距器制作成本低被广泛应用于现实生活中。超声波测距是一种利用声波特性和电子计数相结合来实现非接触式距离测量的方法。它被广泛应用于非接触式测距系统中还因为超声波测距器具有不受光线、电磁波、粉尘等的干扰, 对恶劣的工作环境具有一定的适应能力，其精度达到工程测距精度的要求等优点。最普通的一种测距装置是1982年Polaroid本来为控制摄像机焦距而开发的超生装置。目前这种装置被用在很多机器人上，特别是让机器人绕过障碍。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。随着科技的发展，快速、精确的距离测量对人们有着重大的意义。超声波测距器虽然早已经广泛地被使用，但对于超声波精确测距的需求也越来越大，目前超声波测距还存在着发射超声波的探头直接对接收超声波的探头的影响、超声波的传播速度随着温度的变化，以及其它干扰信号对测量的影响等问题。这几个问题一直是设计人员所关心的问题，它们影响着超声波传感器的性能及其测量精度。本文的非接触测距系统主要是由超声波发生器、超声波接收检测器、单片机以及温度传感器等组成，它可以快速、精确的测量出被测距离。
超声波测距仪是利用发射超声波传送到被测物体，然后计算超声波往返时间来确定测量空间距离的。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为实时距离测量的理想手段。在精密的距离测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。
由此提高精度便成为了本课题的核心内容。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，这样如果由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。声速c与温度有关，如温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返时间，即可求得距离。在系统加入温度传感器来监测环境温度，可进行温度被偿。这里可以用DS18B20测量环境温度，根据不同的环境温度确定对应声速提高测距的稳定性。为了增强系统的可靠性，应在软硬件上采用抗干扰措施。
超声波作为一种传输信息的媒体，由于其本身的直射性和反射性，以及不易受光照、电磁波等外界因素影响的特性，在探伤、测距、测速等多种领域越来越受到重视。
非接触测距系统在现今已被应用在现实生活的各个领域。它与传统的接触测距相比精确度更高、操作更方便，安全系数更高。测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。超声波测距是一种利用声波特性和电子计数相结合来实现非接触式距离测量的方法。除本课题所涉及的井下机器人外，同样可应用于汽车倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于井深、管道长度的测量等场合。
结合了单片机控制以及DS18B20温度传感器的温度校正的超声波测速模块，除了优于接触式测距的准确度和速度，更能进一步提高传统超声波测距的精度，使测量结果更准确可靠。
2 超声波测距方法及原理
2.1超声波传感器原理
利用超声波在超声场中的物理特性而制造的装置称为超声波传感器。人耳朵能听到的声波频率在20Hz~20kHz之间，频率低于20Hz的声波称为次声波，频率超过20kHz的声波称为超声波。超声波传感器所用的超声波频率范围大约在2*104~3*106Hz之间。由于超声波是机械波，所以它具有与机械波相同的传播特性。超声波在液体，固体中衰减很小，穿透能力强。当超声波从一种介质射入到另一种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，在介质界面上会产生反射、折射和波形转换等现象。超声波的这些特性使它在检测技术中获得了广泛的应用。
超声波传感器亦称超声波换能器或超声波探头。它主要由压电晶片构成，既可发射超声波，也可接收超声波。压电晶片可采用石英晶片或压电陶瓷（如钛酸钡）片。压电陶瓷片的灵敏度高，但热稳定性不及石英晶片。压电效应具有可逆性，给压电晶片施加周期性变化的电压时就会发生形变，产生振动，发出超声波。反之当压电晶片受力后会产生电荷，形成电压，因此也可接收超声波[5]。
超声波传感器的典型结构如图2.1所示。
图2.1超声波传感器典型结构
它是把成正方形的两个压电晶片（亦称双晶振子）按照相反的极性粘贴在一起，再引出两个电极。压电晶片上面有金属振动板和圆锥型振子。圆锥型振子具有很强的方向性，便于发送或接收超声波。超声波传感器采用金属或塑料外壳，其顶端有屏蔽栅[5]。
超声波传感器包括超声波发生器和超声波接收器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。它可以是超声波发生装置、超声波接收装置，或是既能产生超声波，又能接收超声波的装置。
超声波传感器主要由压电晶片、吸收块、保护膜等组成，如图2.2所示。
压电晶片多为圆板形，其厚度与产生超声波的频率成反比，吸收块的作用是吸收声能量[4]。
超声波传感器是利用超声波的特性而研制成的传感器。目前，超声波传感技术已广泛应用于机器人避障、测距等领域。超声波传感器与信息技术、集成工艺相结合，为开发智能化、高灵敏度的超声波测距设备创造了有利条件。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息。
为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图2.3所示:
它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
2.2超声波测距原理
如图2.4所示，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：
就是所谓的时间差测距法。
通过对超声波发生器的了解，获知目前较为常用的是压电式超声波发生器，通过分析选定了压电式超声波发生器为本课题的测距传感器。并初步确定了软件的算法：s=340t/2。为接下来进行设计方案的详细规划打定了基础。
3 超声波测距模块设计总体方案及实现
3.1整体方案的确立
利用超声波检测有无障碍物，其原理如图3.1所示。超声波发射器向外发出超声波，该超声波在遇到障碍物后被反射并由超声波接收器接收，计算出超声波从发射到接收的时间间隔，就可获得障碍的距离。
3.1.1超声波测距误差分析
超声波测距无非就是发射然后接受反射，再计算时间差乘上速度。关键是要精确。
用单片机产生超声波信号可以用定时中断，产生固定频率的方波信号，经过放大到换能器(发射头)，换能器把电信号转换成超声波发射出去。经过若干时间，有接受头(其实还是换能器)接受到返回的超声波信号，再次还原成固定频率的电信号，再处理这个信号，送到单片机产生一个接受中断，再用单片机计算时间差乘上现在的速度就是距离。
 测量距离传播的时间误差
根据超声波测距公式L=C&T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的时间误差 .当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s (20℃室温)，忽略声速的传播误差。测距误差s△t&(0.001/344) &0.s 即2.907ms。
在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微妙级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1&s的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。
 超声波传播速度误差
超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系。已知超声波速度与温度的关系如下：
v2=r&R&T/M
式中： r &气体定压热容与定容热容的比值，对空气为1.40，
R &气体普适常量，8.314kg&mol-1&K-1，
M&气体分子量，空气为28.8&10-3kg&mol-1，
T &绝对温度，273K+T℃。
近似公式为：C=C0+0.607&T℃
式中：C0为零度时的声波速度332m/s；
T为实际温度(℃)。对于超声波测距精度要求达到1mm时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0℃时超声波速度是332m/s， 30℃时是350m/s，温度变化引起的超声波速度变化为18m/s。若超声波在30℃的环境下以0℃的声速测量100m距离所引起的测量误差将达到5m，测量1m误差将达到5mm。
为了提高测量精度，在设计中设置了温度补偿电路。采用DS18B20温度传感器的温度测试分辨率为0.5℃，-55℃~55℃，微处理器接口简单，输出为温度值的9(二进制)位数据读数。可方便地实现超声波声速的温度补偿，从而提高了测量的准确度。DS18B20的高精度温度测量能很好的补偿超声波在不同温度的传播速度。
超声发射部分由89C51单片机P1.0产生40kHz的信号，通过CD4069驱动发射探头；系统接收部分由接收探头拾取反射回来的微弱信号，经过由TL082组成的30db放大器，再由二极管的检波电路得到一个直流电平送入比较器与门限电平比较，最后送入89C51的外部中断INT0，当接收电路接收到反射信号就中断89C51计数器停止计数，从而得到超声波从发射到接收信号的时间差，再读取DS18B20温度，根据温度修正超声波速度计算出测试的距离[12]。
3.2硬件系统的实现
本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用8751，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。因此以AT89C51单片机系统为核心，设计超声波测距模块。硬件部分包括：AT89C51单片机最小系统、超声波发射接收系统、超声波探头、DS18B20测温系统等，元件连接如图3.2：
该模块中连接各元件电路工作说明：
1 AT89C51单片机最小系统是超声波测距模块的核心部分，主要任务：
(1) 控制一个40KHz的脉冲驱动振荡电路，启动振荡电路工作，振荡电路振荡出与超声波发射器的固有频率相同频率，使换能器能最大效率工作；
(2) 延时程序延时产生一个40KHz的脉冲；
(3) T1 工作在方式2，自动装载，实现串口通讯，波特率2400bit/s晶振频率12M Hz ；
(4) TO 计时，工作方式一；
(5) 根据渡越时间与串口接收的速度数值相乘，进行有关参数计算出距离；
(6）软件除干扰。
2超声波接收电路主要包括微弱信号放大、电压比较中断信号输出等部分。它是用来对接收到的回波进行放大和整形，即将回波信号转换成单片机的中断信号。
3 超声波发射电路作用是将振荡电路振荡出40KHz的脉冲信号，信号幅值是18V(可调节)，脉冲信号将驱动超声波发射传感器，发射超声波。
4 换向通道选择电路。
5 温度测量电路是实时测量出测量时空气中的温度，再将实时温度换成实时的速度，以保证测量距离的精度。
6 看门狗电路是由MAX5045芯片组成，主要完成对系统实时监测。
7 电源电路 该电路可以产生稳定的+5V和可调的电压+5-+37V。
3.3测距模块工作过程
3.3.1超声波传感器过程
超声波传感器有两种工作方式：直射式和反射式。反射式超声波传感器的工作原理如图3.1所示。
首先由振荡器产生40kHz方波信号，再经过放大器来驱动超声波发送器，使之发出40kHz超声波并以疏密波的形式向外传播。超声波接收到上述信号后，就通过放大器和滤波器得到控制信号送至控制器。图中的a、b构成双晶体片，在方波驱动下，发送器中的双晶体片在不同方向被压缩或拉伸形成了超声波[5]。
3.3.2超声波收发和计算过程
 40kHz 脉冲的产生与超声波发射
测距系统中的超声波传感器采用T/R40-16的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz的脉冲信号，这由单片机执行超声波发生子程序完成。
测距电路的输入端接单片机P1.0端口，单片机执行程序后，在P1.0 端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头T/R40-16，发出40kHz的脉冲超声波，且持续发射4个脉冲。
 超声波的接收与处理
将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器两极放大输出端P1.1脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。
测距电路的输出端接单片机INT0端口。
 计算超声波传播时间
在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端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。
本章确定超声波测距模块的工作方案，对传统超声波测距的误差进行了详细的分析和讨论，为第二章的初步算法s=340t/2加入了C=C0+0.607&T℃的温度校正步骤，使得本模块有了更高的精度。并对硬件进行了概述，最后对传感器的工作过程和单片机的控制过程进行了分析。由此，奠定了坚实的理论基础，对软件的实现过程也更加明确，这样课题将进入下一章对软件系统的程序设计。
4 单片机的编程语言与程序设计方案
4.1超声波测距器的算法设计
下图示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。如图4.1所示
离计算公式：d=s/2=(c*t)/2
d为被测物与测距器的距离 ，s为声波的来回路程，c为声速，t为声波来回所用的时间
为了提高精度通过温度补偿的方法加以校正。用DS18B20测量环境温度，根据不同的环境温度确定对应声速。
不同温度下的超声波声速需要由温度传感器采集的温度数据计算得出：
近似公式为：C=C0+0.607&T℃
综上，可设计超声波测距模块软件程序的结构如图4.2
4.2超声波测距器系统软件主程序
主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给显示端P0和P2清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHz的晶振，计数器每计一个数就是1&s，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离则有：
　　 d=(c*t)/2 =c* T0/2（其中T0为计数器T0的计数值）
　　 测出距离后结果将以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5秒，然后再发超声波脉冲重复测量过程。主程序框图，如图4.2所示
4.3超声波发生子程序和超声波接收中断程序
 超声波发子程序工作过程，如图4.4所示
超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送4个超声波信号频率（约40kHz的方波），脉冲宽度为12&s左右，同时把计数器T0打开进行计时。超声波发生子程序较简单，但要求运行时间准确。汇编语言正好保证了其准确性。
 外部中断服务子程序，其工作过程如图4.3所示框图，
超声波测距器主程序利用外中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。
如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值0以表示此次测距不成功。
4.4控制源程序清单
以下是超声波测距模块采用汇编语言编程的源程序清单。
;***************************************
;*超声波测距模 *
;*采用AT89C51 12ＭＨz晶振 *
;*采用共阳LED显示器 *
;***************************************
;测距范围7cm~11m，堆栈在4F以上00H 用于标志
;显示缓冲单元在40H~43H，使用内存44H、45H、46H用于计算距离
VOUT EQU P1.0 ;脉冲输出端口
;***************************************
;* 中断入口程序 *
;***************************************
LJMP START
LJMP PINT0
LJMP INTT0
LJMP INTT1
;***************************************
;* 主程序 *
;***************************************
START: MOV SP, #4FH
MOV R7,#0BH
CLEARDISP:MOV @R0, #00H
DJNZ R7, CLEARDISP
MOV 20H, #00H
MOV TMOD, #21H ;T1为8位自动重装式，T0为16位定时器
MOV TH0, #00H ;65ms初值
MOV TL0, #00H ;40kHz初值
MOV TH1, #0F2H
MOV TL1, #0F2H
MOV P0, #0FFH
MOV P1, #0FFH
MOV P2, #0FFH
MOV P3, #0FFH
MOV R4, #04H ;超声波脉冲个数控制（为赋值的一半）
SETB TR0 ;开启测距定时器
START1: LCALL DISPLAY
JNB 00H, START1 ;收到反射信号时标志位1
LCALL WORK ;计算距离子程序
SETB TR0 ;重新开启测距定时器
MOV R2, #64H ;测量间隔控制（约4*100=400ms）
LOOP: LCALL DISPLAY
DJNZ R2, LOOP
SJMP START 1
;***************************************
;* 中断程序 *
;***************************************
;T0中断，65ms中断一次
INTT0: CLR EA
MOV TH0, #00H
MOV TL0, #00H
SETB TR0 ;启动计时器T0，用以计算超声波来回时间
SETB TR1 ;开启发超声波用定时器T1
;T1中断，发超声波用
INTT1: CPL VOUT
DJNZ R4,RETIOUT
CLR TR1 ;超声波发送完毕，关T1
MOV R4,#04H
SETB EX0 ;开启接收回波中断
RETIOUT: RETI
;外中断0，收到回波时进入
PINT0: CLR TR0 ;关计数器
MOV 44H, TL0 ;将计数值移入处理单元
MOV 45H, TH0
SETB 00H ;接收成功标志
;***************************************
;* 显示程序 *
;***************************************
; 40H为最高位，43H为最低位，先扫描高位
DISPLAY: MOV R1,#40H;G
MOV R5,#7fH;G
PLAY: MOV A,R5
MOV P0,#0FFH
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
LCALL DL1MS
JNB ACC.4,ENDOUT;G
ENDOUT: MOV P2,#0FFH
MOV P0,#0FFH
TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,
82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH
;共阳段码表 &0& &1& &2& &3& &4& &5&&6& &7& &8& &9& &不亮&&A&&-&
;***************************************
;* 延时程序 *
;***************************************
DL1MS: MOV R6, #14H
DL1: MOV R7, #19H
DL2: DJNZ R6, DL2
DJNZ R6, DL1
;***************************************
;* 距离计算程序(=计算值&C) *
;* 由调用温度校正过的速度值求距离 *
;***************************************
WORK: LCALLL READTEMP1
LCALL COUNTWD
MOV PSW, #18H
MOV R3, 45H
MOV R2, 44H
MOV R1, #00D
MOV R0, 50H
LCALL MUL2BY2
MOV R3, #03H
MOV R2, #0E8H
LCALL DIV4BY2
LCALL DIV4BY2
MOV 40H, R4
MOV A, 40H
MOV 40H, #0AH ;最高位为0，不点亮
JJ0: MOV A,R0
MOV R3, #00D
MOV R2, #100D
LCALL DIV4BY2
MOV 41H, R4
MOV A, 41H
MOV A, 40H ；此高位为0，先看最高位是否为不亮
SUBB A, #0AH
MOV 41H, #0AH ；最高位不亮，次高位也不亮
JJ1: MOV A, R0
MOV R3, #00D
MOV R2, #10D
LCALL DIV4BY2
MOV 42H, R4
MOV A，42H
MOV A, 41H ;次高位为0，先看次高位是否为不亮
SUBB A, #0AH
MOV 42H, #0AH ；次高位不亮，次高位也不亮
JJ2: MOV 43H, R0
;***************************************
;* 两字节无符号数乘法程序 *
;***************************************
;R7R6R5R4&=R3R2*R1R0
MUL2BY2: CLR A
MOV 46H, #10H
MULLOOP1: CLR C
JNC MULLOOP2
ADDC A, R3
ADDC A, #00H
ADDC A, #00H
MULLOOP2: DJNZ 46H, MULLOOP1
;***************************************
;* 四字节/两字节无符号数除法程序 *
;***************************************
;R7R6R5R4/R3R2=R7R6R5R4(商)&R1R0(余数)
DIV4BY2: MOV 46H, #20H
MOV R0, #00H
MOV R1, #00H
DIVLOOP1: MOV A, R4
SUBB A, R2
SUBB A, R3
JC DIVLOOP2
DIVLOOP2: CPL C
DJNZ 46H, DIVLOOP1
本章完成了对测距模块算法设计，为了避免余波干扰加入了外中断延时，计算距离分为两部分，分别为距离计算d=s/2=(c*t)/2和温度对速度的校正C=C0+0.607&T℃，在程序运行时，距离计算程序将对温度校正程序进行调用从而算出检测结果。完成了软件程序流程的设计。对于程序的精度以及可靠性，将进一步进行试验验证。
5调试及性能分析
超声波测距模块的制作和调试都较为简单，其中超声波发射和接收采用T/R40-16型超声波传感器，中心频率为40kHz。
硬件电路制作完成并调整好以后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。
5.2性能指标
根据文中电路参数和程序，测距模块可测量范围为7cm~6m，测距精度为7mm，这样的性能可以满足煤矿井下机器人运动的需要。
5.3实验结论
由于受实际环境的影响，超声传感器的测量值和实际值总有一些偏差，表5.1列出了本超声测距模块测量值和对应的实际值：
实际值 40 60 75 100 125 150 175 200
测量值 48.5 59.9 76.1 100.2 124.5 150.3 175.4 199.4
表5.1超声测距系统测量值和实际值 单位：cm
从表中的数据经过分析原因主要有三个方面：第一方面，超声波传感器测得的数据受环境湿度的影响；第二方面，指令运行需占用一定的时间而使得测量的数据偏大；第三方面，为了防止其他信号的干扰，单片机开始计数时，驱动电路发送4个脉冲串。对于单个回声的方式，当驱动电路接收到碰到障碍物返回的第四个脉冲时就停止计数，所以最终测得的时间比实际距离所对应的时间多出四个脉冲发送的时间。
模块软硬件设计完成后，对所要求测量范围30cm~200cm内的平面物体做了多次测量发现，其最大误差为0.5cm，且重复性好。可见基于单片机设计的超声波测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。因此，它不仅可用于移动机器人，还可用在其它测距系统中。
本文介绍了超声波的特性及其测距原理、芯片的选型、硬件电路原理及软件设计。从井下环境特点考虑，如黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等，有针对性地选择了设计方案，又通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用DS18B20温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。
主要做了如下工作:
1参考大量文献，了解煤矿井下工作环境，对于此环境下的工作条件，以及其他相关因素选择测距方法。
2根据各方面文献资料，获得了有关超声波传感器以及超声波测距的大量信息，从而更进一步学习了超声波的相关知识及超声波测距原理。同时也获知了当今超声波传感器的研究现状，
3根据掌握的资料和所学的基础知识，进行了对超声波测距模块的整体设计，并且为了弥补现有超声测距的精度低的不足，采用了温度传感器DS18B20进行误差校正，从而提高了本设计的测量精度。
4对设计结果进行了试验，由试验结果验证本设计符合使用要求和精度要求。
本设计中有相关资料的参考和现有成果的借鉴，最后依据具体设计独立完成了大部分的程序。
相关参考有：
1现有超声波测距的工作方式。
2超声测距误差可能的来源，即时间误差和速度误差，软件方面包括余波干扰和干扰信号的误接受而产生的误差。
3校正速度误差所用温度传感器的测量值与速度关系。
设计部分有:
1对温度校正的数据处理。
2软件工作流程。
3设计延时时间，回避在软件方面受到余波干扰接受到无效回波信号产生的误差。
通过对样机的试验，测量参数如下:
最大范围 :6m 测量精度:7mm。
最后由于设计经验，时间等一些方面的原因，也给此次设计遗留了一些欠缺和需要进一步提高完善的地方。如：
1 需要计算程序指令运算时间，消除由于指令运行时间被计算在定时器记录时间内，使定时器的计时和超声波实际传播时间之间产生的误差，从而给测试结果带来误差。
2 对于串口通讯的程序部分，需要更充分的时间加以设计。
3 在发射超声波个数的控制方面，可以优化设计，使程序可以更好的解决信号多不能检测太近的距离以及信号少不能准确接收到信号的问题。
与传统超声测距系统相比，此次设计再精度上有了一定的改进，在功能上有了一定的创新，即在用温度进行校正误差的同时，可以提供相应的温度信息为机器人更好的工作提供更佳的条件。
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本次论文的完成离不开老师的指导和同学的帮助，因此，我希望借此机会向这次毕业设计过程中帮助过我的所有老师和同学表示衷心的感谢。
第一，我要感谢指导教师朱红秀老师，在开展论文之前，朱老师就为我能更早更充分的准备，给与了大量的指导和帮助，从如何撰写论文到如何分析问题，再到参考书的推荐，细到论文格式的完善，无不渗透着老师的教导与帮助。今天论文的完成和朱老师的辛苦工作是分不开的，所以在此我首先要表示对她的感谢。
其次，还要感谢指导研究生李朝全师兄。除了坚实的专业知识和丰富的经验之外，在整个论文进展的过程中，每个难点的攻克，都少不了师兄的帮助。在他身上学到大量知识的同时也看到了专心踏实的工作态度，对我今后的工作和学习做出了很好的榜样。
最后，对于与我的同组的刘锦同学，也要深表感谢。在完成论文重点难点部分的过程中，他的帮助给了我很大启发，从而让我可以更顺利地完成本次论文。
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