Anwendung des Ultraschallbereichssystems im mobilen Roboter

Ultraschallsensoren werden häufig in Roboter -Hindernisvermeidungssystemen eingesetzt. Basierend auf dem Prinzip der Ultraschallbereiche wird ein paralleles Rangsystem entwickelt. Die Hardware -Zusammensetzung und die Software -Realisierungsmethode des Systems werden eingeführt. Das Phänomen zielt auf das Phänomen ab, dass ein Multisensor-Parallelbereich leicht zu stören ist, der Grund für Störungen wird analysiert und eine wirksame Lösung vorgeschlagen. Das System wird im Experiment zur Vermeidung des mobilen Roboter -Hindernisvermeidung verwendet, und die experimentellen Kalibrierungsergebnisse des Messbereichs des Systems werden angegeben.

Ultraschallsensor für die Entfernungsmessungwird häufig in Anwendungen verwendet, die Entfernungsmessungen wie mobile Roboter benötigen, um Hindernisse zu vermeiden und Radare umzukehren, da die einfache Informationsverarbeitung, die schnelle Geschwindigkeit und den niedrigen Preis geeignet sind. Aufgrund der Strahlungseigenschaften von Ultraschall verwendet das vorhandene Multi-Sensor-Sendungssystem die Rund-Robin-Übertragung, um die Erzeugung von Störungen zu verringern. Diese Methode hat einen großen blinden Fleck für die Entfernung, und Echtzeitleistung kann nicht garantiert werden. Die Messdaten sind auch für die anschließende Verarbeitung wie Hindernisspositionierungen und Formdiskriminierung problematisch. Sie entwerfen ein Ultraschallbereichssystem mit mehreren parallelen Sensoren. Das System wird für Hindernisvermeidungsexperimente an intelligenten mobilen Robotern verwendet, und es werden gute Ergebnisse erzielt.

1 Design des Ultraschallbereichssystems

Es gibt viele Methoden zur Messung von Ultraschallentfernung. Dieser Artikel übernimmt die Zeit der Flugmethode, dh die Entfernung wird berechnet, indem die Zeit t der Ultraschallwelle vom Sendesensor über das Ausbreitungsmedium bis zum Empfangssensor gemessen wird. Sein Prinzip kann durch die Formel als L = VT/2 ausgedrückt werden (L ist der Abstand, der gemessen wird; V ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in der Luft und t ist die Transitzeit). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall in der Luft hängt mit der Umwelttemperatur zusammen, und die Genauigkeit der Entfernungsmessung kann durch Temperaturkompensation verbessert werden.

1.1 Hardware -Schaltungsdesign

Es umfasst hauptsächlich obere Computer, Prozessor, Ultraschalloszillatorschaltung, Antriebskreis, Signalverstärkung, Formgebung und Vergleichskreis.

Der Prozessor übernimmt den STC-Single-Chip-STC12C5410, der mit der 51-Serie kompatibel ist. Jeder Einzelchip-Mikrocomputer steuert zwei Ultraschallsensoren über einen Multiplexer, die sich auf der Vorder- und Rückseite des Roboters befinden. Die Hauptaufgabe des Single-Chip-Mikrocomputers besteht darin, die Transitzeit und die Umgebungstemperatur zu messen und den Abstand der Hindernisse zu berechnen. Der Single-Chip-Mikrocomputer kommuniziert mit dem Host-Computer über RS232. Der obere Computer analysiert die empfangenen Daten, um Hindernisse zu lokalisieren und die Bewegung des Roboters zu steuern.

Der Ultraschall -Senderkreis besteht aus zwei Teilen: einem Schwingungskreis und einem Antriebskreis. Die oszillierende Schaltung ist eine einfache Schaltung, die aus einem NAND -Tor, einem Widerstand und einem Kondensator besteht, der ein 40 -kHz -Quadratwellensignal erzeugen kann, um den Ultraschallsensor zu antreiben, um Ultraschallwellen zu emittieren. Der Antriebskreis erzeugt einen Ultraschall -Elektroimpuls mit einer gewissen Leistung, um den Ultraschallsensor zu erregen, der aus 6 Toren in paralleler Zusammensetzung besteht, wobei die Antriebsfähigkeit des Chips selbst verwendet wird. Nach der Fahrt ist das endgültige Signal, das dem Ultraschallsensor hinzugefügt wurde, eine quadratische Welle mit einer Amplitude von 5 V.

1.2 Softwareprogrammdesign

Im System muss der Single-Chip-Mikrocomputer 2 Timer steuern, einer wird verwendet, um die Transitzeit zu messen, und der andere wird verwendet, um die Baud-Rate der Kommunikation zwischen dem Einzelchip und dem PC festzulegen, um die Genauigkeit der Kommunikation zu gewährleisten ; Steuern Sie einen externen Interrupt -Port, um den Ultraschallempfangssensor in Echtzeit zu überwachen, ob das reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird. Verwenden Sie ein E/A, um den Ultraschall -Sendersor zu steuern, um Ultraschall bei einer bestimmten Frequenz zu emittieren. Verwenden eines einzelnen Busprotokolls zur Steuerung eines E/A zum Lesen des gesammelten Temperaturwerts. Der Single-Chip-Mikrocomputer muss auch die Befehle des oberen Computers empfangen und verarbeiten und die Daten in Echtzeit gemäß den Anforderungen des oberen Computers an den oberen Computer zurücksenden.

DasUltraschall -WandlersensorDie Schaltung ist in drei Teile unterteilt: Signalverstärkung, -formung und Vergleich. Das vom Ultraschallempfangssensor empfangene Signal ist sehr schwach. Auf der Millivolt-Ebene muss das Signal verstärkt werden, bevor es vom Einzelchip-Mikrocomputer erkannt werden kann. In diesem Artikel werden zweistufige Verstärkungsschaltungen verwendet, um insgesamt 1000-mal zu verstärken. Die zweistufigen Verstärkungsschaltungen sind durch Widerstandskapazitätskupplung verbunden. Der Signalausgang aus dem Verstärker fließt nach dem Durchlaufen der Spannungs -Doppel -Formungsschaltung in den Komparator. Das Einstellen der Referenzspannung des Komparators kann den Messbereich und die Messgenauigkeit des Rangleichsystems ändern. Der Signalausgang durch den Komparator ist mit dem Int0 des Single-Chip-Mikrocomputers verbunden, wodurch der Single-Chip-Interrupt ausgelöst wird.

Die Mehrkomputerkommunikation wird verwendet, um Daten zwischen dem Einzelchip-Computer und dem Host-Computer zu übertragen. Der PC hat kein Mehrkomputersteuerungsbit, und

Ultraschall -Distribonsensor -Modulmuss Software verwenden, um das TB8/RB8 -Bit des Mikrocontroller zu simulieren. Die Einstellungsschritte der Kommunikationsprotokoll sind wie folgt:

1) Stellen Sie die MCU so ein, dass sich der Adressüberwachungszustand befindet.

2) Der PC sendet eine Reihe von Adressdaten mit einem Paritätsbit von 1;

3) Der Ein-Chip-Mikrocomputer beurteilt, ob die empfangene Adresse der lokalen Adresse entspricht. Wenn es dasselbe ist, wird die Adresse an den Host gesendet, um ein Handshake -Vertrag mit dem Host festzulegen.

4) Nachdem der Host die Adresse erhalten hat, wird Daten mit einem Paritätsbit von 0 gesendet, um den Mikrocontroller zum Senden der Entfernungsinformationen zu informieren.

5) Der Single-Chip-Mikrocomputer sendet die Entfernungsdaten. Kehren Sie nach dem Senden zum Schritt zurück, um die Adresse weiter zu überwachen.

Die Aufgabe besteht darin, alle 50 ms eine Reihe von Abfragenbefehlen an den seriellen Port zu senden, je nach dem festgelegten Kommunikationsprotokoll, um die vom Einzelchip-Mikrocomputer gemessenen Entfernungsinformationen zu lesen. Legen Sie das Hindernis durch die Analyse der Lesentfernungsinformationen und beurteilen Sie die Formmerkmale des Hindernis grob. Nehmen Sie die erforderlichen Hindernismessungen durch, die den Betrieb des Roboters steuern und die Laufspur anzeigen. Die Software verfügt über eine gute Benutzeroberfläche, die dem Programmdebuggen förderlich ist.