本课题研究的机器人工作在大约40 m深的浆液下，为了防止水煤浆由于长时间的存贮而沉淀，他能在按照预先规划的轨迹行走时完成搅拌功能。在这种条件下，一个很重要的问题就是机器人***功能的实现，用来实时了解其具体位置。本机器人***系统采用多路超声波传感器测距，然后采用三点***法，把测距信息转化为机器人的位置信息。超声波作为一种无接触检测方式，与激光、红外以及无线电测距相比，在水煤浆中可以比较容易地穿透水煤浆达到测距的目的，且精度较高。

　　l 超声波测距系统

　　1.1 超声波测距原理

　　超声波测距原理一般采用时间度量法，计算公式为：

　　式中D(m)为超声波传播的距离，v(m／s)为超声波在介质中传播的速度，t(s)为超声波在介质中传播的时间。而超声波在介质中传播的速度由介质的性质和温度T(℃)决定，由此可得到水中超声波的波速为：

　　1.2 超声波测距的硬件系统

　　系统硬件框图如图1所示，其设计为分布式控制系统。在本系统中USR1为超声波发射传感器，USR2，USR3，USR4为接收传感器，他是型号为JSS-03的液下专用超声波传感器，该传感器既可做接收用同时也可做发射用，其灵敏度高，额定脉冲工作电压高，瞬时输出功率大。温度传感器选用DS18B20，该传感器具有单总线、抗干扰、测温范围宽(-55～+125℃)、适合远距离恶劣环境测温的特点。在本系统中使用的单片机(MCU0，MCU1，…MCU4)均选用51系列单片机AT89C52。

　　当系统处于工作状态，由MCU0每隔3 s产生一个脉冲，信号经过放大激发信号发生器ST-3A，然后触发超声波发生器USR1；同时给MCU2，MCU3，MCU4的中断INT0一个低电平，使他们开始计时。当接收超声波传感器接收到发射超声波传感器发出的信号后，立即把产生的接收信号传给单片机，中间的信号调理过程为一级放大(放大100倍)、带通滤波、二级放大(放大50倍)、电压比较、光电隔离，其中电压比较的基准电压可调，当信号电压高于基准电压时使MCU的INT1中断。INT0中断和INT1中断的时间间隔即为发射与接收传感器间的时间，他存储在单片机固定的RAM中。而温度传感器DS18B20是分时完成对环境温度的测量的，采用严格的时序单片机进行双向通讯。单片机把温度信息存在他的固定RAM中。

　　1.3 超声波测距的软件系统

　　要完成对机器人的位置信息的测量就要求把存储在单片机RAM内的时间信息和温度信息采集到上位机中，然后把这些信息融合起来得到机器人的确切坐标。工控机与下位机采用串口通讯方式，通讯协议为MODBUS协议。同时上位机采用VC 6.0作为开发工具，工控机的软件程序采用模块化编程，程序主要由串口通讯模块、三点***模块、数据库模块及界面模块组成，其循环通讯的流程如图2所示。