Toepassing van ultrasoon bereiksysteem in mobiele robot

Ultrasone sensoren worden veel gebruikt in robotobstakelvermijdingssystemen. Op basis van het ultrasone bereikprincipe is een parallel bereiksysteem ontworpen. De hardwaresamenstelling en de softwarerealisatiemethode van het systeem worden geïntroduceerd. Gericht op het fenomeen dat parallel bereik met meerdere sensoren gemakkelijk interferentie kan veroorzaken, wordt de reden van interferentie geanalyseerd en wordt een effectieve oplossing voorgesteld. Het systeem wordt gebruikt in het experiment met het vermijden van obstakels voor mobiele robots, en de experimentele kalibratieresultaten van het meetbereik van het systeem worden gegeven.

Ultrasone sensor voor afstandsmeting wordt veel gebruikt in toepassingen die afstandsmeting vereisen, zoals mobiele robots om obstakels te vermijden en achteruitrijradars vanwege hun voordelen van eenvoudige informatieverwerking, hoge snelheid en lage prijs. Vanwege de stralingseigenschappen van ultrasoon geluid maakt het bestaande multisensor-bereiksysteem gebruik van round-robin-transmissie om het genereren van interferentie te verminderen. Deze methode heeft een grote blinde vlek voor afstand en real-time prestaties kunnen niet worden gegarandeerd. De meetgegevens zijn ook lastig voor latere verwerking, zoals het positioneren van obstakels en vormdiscriminatie. Ze ontwerpen een ultrasoon bereiksysteem met meerdere sensoren die parallel werken. Het systeem wordt gebruikt voor experimenten met het vermijden van obstakels op intelligente mobiele robots, en er worden goede resultaten behaald.

1 Ontwerp van ultrasoon afstandssysteem

Er zijn veel methoden voor ultrasone afstandsmeting. Dit artikel maakt gebruik van de vluchttijdmethode, dat wil zeggen dat de afstand wordt berekend door de tijd t te meten van de ultrasone golf van de zendende sensor via het voortplantingsmedium naar de ontvangende sensor. Het principe ervan kan worden uitgedrukt door de formule als L=vt/2, (L is de te meten afstand; v is de voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht, en t is de transittijd). De voortplantingssnelheid van ultrageluid in de lucht is gerelateerd aan de temperatuur van de omgeving, en de nauwkeurigheid van afstandsmetingen kan worden verbeterd door temperatuurcompensatie.

1.1 Ontwerp van hardwarecircuits

Het omvat voornamelijk de bovenste computer, processor, ultrasoon oscillatorcircuit, aandrijfcircuit, signaalversterking, vormgeving en vergelijkingscircuit.

De processor maakt gebruik van de STC single-chip STC12C5410, die compatibel is met de 51-serie. Elke microcomputer met één chip bestuurt twee ultrasone sensoren via een multiplexer, die zich aan de voor- en achterkant van de robot bevinden. De belangrijkste taak van de microcomputer met één chip is het meten van de transittijd en de omgevingstemperatuur en het berekenen van de afstand tot obstakels. De microcomputer met één chip communiceert via RS232 met de hostcomputer. De bovenste computer analyseert de ontvangen gegevens om obstakels te lokaliseren en de beweging van de robot te controleren.

Het ultrasone zendercircuit bestaat uit twee delen: een oscillatiecircuit en een aandrijfcircuit. Het oscillerende circuit is een eenvoudig circuit dat bestaat uit een NAND-poort, een weerstand en een condensator, die een blokgolfsignaal van 40 kHz kan genereren om de ultrasone sensor aan te sturen om ultrasone golven uit te zenden; het aandrijfcircuit genereert een ultrasone elektrische puls met een bepaald vermogen om de ultrasone sensor te exciteren, die is samengesteld uit 6 NIET-poorten in parallelle samenstelling, waarbij gebruik wordt gemaakt van de aandrijfcapaciteit van de chip zelf. Nadat het is aangestuurd, is het uiteindelijke signaal dat aan de ultrasone sensor wordt toegevoegd een blokgolf met een amplitude van 5V.

1.2 Ontwerp van softwareprogramma's

In het systeem moet de microcomputer met één chip twee timers besturen, één wordt gebruikt om de transittijd te meten en de andere wordt gebruikt om de baudsnelheid van de communicatie tussen de enkele chip en de pc in te stellen om de nauwkeurigheid van de communicatie te garanderen; een externe interruptpoort besturen om de ultrasone ontvangstsensor in realtime te bewaken. Of het gereflecteerde ultrasone signaal moet worden ontvangen; gebruik een I/O om de ultrasone zendersensor te besturen om ultrasoon geluid uit te zenden op een bepaalde frequentie; een enkel busprotocol gebruiken om een ​​I/O te besturen om de verzamelde temperatuurwaarde te lezen. De microcomputer met één chip moet ook de opdrachten van de bovenste computer ontvangen en verwerken, en de gegevens in realtime terugsturen naar de bovenste computer, afhankelijk van de vereisten van de bovenste computer. 

De Het ultrasone transducersensorcircuit is verdeeld in drie delen: signaalversterking, vormgeving en vergelijking. Het door de ultrasone ontvangstsensor ontvangen signaal is erg zwak. Op millivoltniveau moet het signaal worden versterkt voordat het kan worden gedetecteerd door de microcomputer met één chip. In dit artikel worden tweetrapsversterkingscircuits gebruikt om in totaal 1000 keer te versterken. De tweetrapsversterkingscircuits zijn verbonden door weerstand-capaciteitskoppeling. Het uitgangssignaal van de versterker stroomt naar de comparator nadat het door het spanningsverdubbelaarvormcircuit is gegaan. Het aanpassen van de referentiespanning van de comparator kan het meetbereik en de meetnauwkeurigheid van het meetsysteem veranderen. De signaaluitvoer van de comparator is verbonden met de INTO van de microcomputer met één chip, waardoor de interrupt met één chip wordt geactiveerd.

Er wordt gebruik gemaakt van multicomputercommunicatie om gegevens te verzenden tussen de computer met één chip en de hostcomputer. De pc heeft geen besturingsbit voor meerdere computers, en 

De ultrasone afstandssensormodule moet software gebruiken om de TB8/RB8-bit van de microcontroller te simuleren. De stappen voor het instellen van het communicatieprotocol zijn als volgt:

1) Stel de MCU in op de adresbewakingsstatus;

2) De pc verzendt een set adresgegevens met een pariteitsbit van 1;

3) De microcomputer met één chip beoordeelt of het ontvangen adres hetzelfde is als het lokale adres. Als het hetzelfde is, wordt het adres naar de host gestuurd om een ​​handshake-overeenkomst met de host tot stand te brengen;

4) Nadat de host het adres heeft ontvangen, verzendt deze gegevens met een pariteitsbit van 0 om de microcontroller op de hoogte te stellen om de afstandsinformatie te verzenden;

5) De microcomputer met één chip verzendt de afstandsgegevens. Ga na het verzenden terug naar stap om door te gaan met het controleren van het adres.

De taak is om elke 50 ms een reeks queryopdrachten naar de seriële poort te sturen volgens het ingestelde communicatieprotocol om de afstandsinformatie te lezen die is gemeten door de microcomputer met één chip; lokaliseer het obstakel door de gelezen afstandsinformatie te analyseren en beoordeel grofweg de vormkenmerken van het obstakel; neem de nodige maatregelen om obstakels te vermijden, controleer de werking van de robot en geef de atletiekbaan weer. De software heeft een goede gebruikersinterface, wat bevorderlijk is voor het debuggen van programma's.