Toepassing van ultrasoniese reeksstelsel in mobiele robot

Ultrasoniese sensors word wyd gebruik in robot-hindernisvermydingstelsels. Gebaseer op die ultrasoniese reeksbeginsel, word 'n parallelle reeksstelsel ontwerp. Die hardeware samestelling en sagteware realisering metode van die stelsel word bekendgestel. Met die oog op die verskynsel dat multi-sensor parallelle reikwydte maklik is om interferensie te produseer, word die rede van interferensie ontleed en 'n effektiewe oplossing word voorgestel. Die stelsel word gebruik in die mobiele robot-hindernisvermydingseksperiment, en die eksperimentele kalibrasieresultate van die stelsel se meetreeks word gegee.

Ultrasoniese sensor vir afstandmeting word wyd gebruik in toepassings wat afstandmeting vereis, soos mobiele robotte om hindernisse en omkeerradars te vermy as gevolg van hul voordele van eenvoudige inligtingverwerking, vinnige spoed en lae prys. As gevolg van die stralingskenmerke van ultraklank, gebruik die bestaande multi-sensor-reeksstelsel rond-robin-transmissie om die generering van interferensie te verminder. Hierdie metode het 'n groot blindekol vir afstand, en intydse prestasie kan nie gewaarborg word nie. Die meetdata is ook lastig vir daaropvolgende verwerking, soos hindernisposisionering en vormonderskeiding. Hulle ontwerp 'n ultrasoniese afstandstelsel met veelvuldige sensors wat parallel werk. Die stelsel word gebruik vir hindernisvermy-eksperimente op intelligente mobiele robotte, en goeie resultate word verkry.

1 Ontwerp van Ultrasoniese Ranging System

Daar is baie metodes van ultrasoniese afstandmeting. Hierdie artikel neem die tyd van vlug metode aan, dit wil sê, die afstand word bereken deur die tyd t van die ultrasoniese golf te meet vanaf die oordragsensor deur die voortplantingsmedium na die ontvangsensor. Die beginsel daarvan kan deur die formule uitgedruk word as L=vt/2, (L is die afstand wat gemeet moet word; v is die voortplantingsspoed van ultrasoniese golwe in die lug, en t is die deurgangstyd). Die voortplantingspoed van ultraklank in die lug hou verband met die temperatuur van die omgewing, en die akkuraatheid van afstandmeting kan verbeter word deur temperatuurkompensasie.

1.1 Hardeware kringontwerp

Dit sluit hoofsaaklik boonste rekenaar, verwerker, ultrasoniese ossillatorkring, dryfkring, seinversterking, vorming en vergelykingkring in.

Die verwerker neem die STC-enkelskyfie STC12C5410 aan, wat versoenbaar is met die 51-reeks. Elke enkelskyfie-mikrorekenaar beheer twee ultrasoniese sensors deur 'n multiplekser, wat aan die voor- en agterkant van die robot geleë is. Die hooftaak van die enkelskyfie-mikrorekenaar is om die vervoertyd en omgewingstemperatuur te meet, en die afstand van hindernisse te bereken. Die enkelskyfie-mikrorekenaar kommunikeer met die gasheerrekenaar deur RS232. Die boonste rekenaar ontleed die ontvangde data om hindernisse op te spoor en die beweging van die robot te beheer.

Die ultrasoniese senderkring bestaan ​​uit twee dele: 'n ossillasiekring en 'n dryfkring. Die ossillerende stroombaan is 'n eenvoudige stroombaan wat bestaan ​​uit 'n NAND-hek, 'n weerstand en 'n kapasitor, wat 'n 40kHz vierkantgolfsein kan genereer om die ultrasoniese sensor aan te dryf om ultrasoniese golwe uit te stuur; die dryfkring genereer 'n ultrasoniese elektriese puls met 'n sekere krag om die ultrasoniese sensor, wat bestaan ​​uit 6 NIE-hekke in parallelle samestelling, op te wek, deur die aandryfvermoë van die skyfie self te gebruik. Nadat dit aangedryf is, is die finale sein wat by die ultrasoniese sensor gevoeg is 'n vierkantgolf met 'n amplitude van 5V.

1.2 Sagteware program ontwerp

In die stelsel moet die enkelskyfie-mikrorekenaar 2 timers beheer, een word gebruik om die vervoertyd te meet, en die ander word gebruik om die baud-koers van die kommunikasie tussen die enkelskyfie en die rekenaar in te stel om die akkuraatheid van kommunikasie te verseker; beheer 'n eksterne onderbrekingspoort om die ultrasoniese ontvangsensor in reële tyd te monitor Of die gereflekteerde ultrasoniese sein moet ontvang; gebruik 'n I/O om die ultrasoniese sendersensor te beheer om ultrasonies teen 'n sekere frekwensie uit te stuur; die gebruik van 'n enkele busprotokol om 'n I/O te beheer om die temperatuurwaarde wat ingesamel is, te lees. Die enkelskyfie-mikrorekenaar moet ook die opdragte van die boonste rekenaar ontvang en verwerk, en die data intyds na die boonste rekenaar terugstuur volgens die vereistes van die boonste rekenaar. 

Die ultrasoniese transducer sensor kring is verdeel in drie dele: sein versterking, vorming en vergelyking. Die sein wat deur die ultrasoniese ontvangsensor ontvang word, is baie swak, in die millivoltvlak moet die sein versterk word voordat dit deur die enkelskyfie-mikrorekenaar opgespoor kan word. In hierdie vraestel word twee-fase versterkerkringe gebruik om 'n totaal van 1000 keer te versterk. Die twee-stadium versterker stroombane is verbind deur weerstand-kapasitansie koppeling. Die seinuitset van die versterker vloei in die vergelyker in nadat dit deur die spanningsverdubbelaarvormkring gegaan het. Die aanpassing van die verwysingsspanning van die vergelyker kan die meetbereik en meetakkuraatheid van die afstandstelsel verander. Die seinuitvoer deur die vergelyker word aan die INT0 van die enkelskyfie-mikrorekenaar gekoppel, wat die enkelskyfie-onderbreking veroorsaak.

Multirekenaarkommunikasie word gebruik om data tussen die enkelskyfie-rekenaar en die gasheerrekenaar oor te dra. Die rekenaar het nie 'n multi-rekenaar beheer bietjie, en 

ultrasoniese afstandsensormodule moet sagteware gebruik om die TB8/RB8-bis van die mikrobeheerder te simuleer. Die kommunikasieprotokol-instellingstappe is soos volg:

1) Stel die MCU om in die adresmoniteringstoestand te wees;

2) Die rekenaar stuur 'n stel adresdata met 'n pariteitsbis van 1;

3) Die enkelskyfie-mikrorekenaar oordeel of die ontvangde adres dieselfde is as die plaaslike adres. As dit dieselfde is, sal die adres aan die gasheer gestuur word om 'n handdruk-ooreenkoms met die gasheer te vestig;

4) Nadat die gasheer die adres ontvang het, stuur dit data met 'n pariteitsbietjie van 0 om die mikrobeheerder in kennis te stel om die afstandinligting te stuur;

5) Die enkelskyfie-mikrorekenaar stuur die afstanddata. Nadat u gestuur is, keer terug na stap om voort te gaan om die adres te monitor.

Die taak is om 'n stel navraagopdragte elke 50ms na die seriële poort te stuur volgens die vasgestelde kommunikasieprotokol om die afstandinligting te lees wat deur die enkelskyfie-mikrorekenaar gemeet word; die hindernis op te spoor deur die leesafstandinligting te analiseer, en rofweg die vormkenmerke van die hindernis te beoordeel; neem die nodige hindernisvermydingsmaatreëls beheer die werking van die robot en vertoon die hardloopbaan. Die sagteware het 'n goeie gebruikerskoppelvlak, wat bevorderlik is vir programontfouting.