Aplicação de sistema de desligamento ultra-sônico no robô móvel

Os sensores ultra-sônicos são amplamente utilizados em sistemas de evitação de obstáculos do robô. Com base no princípio de alcance ultrassônico, um sistema de alcance paralelo é projetado. A composição de hardware e o método de realização de software do sistema são introduzidos. Visando o fenômeno que a variação paralela do multi-sensor é fácil de produzir interferências, a razão da interferência é analisada e uma solução eficaz é proposta. O sistema é usado no experimento de evitação de obstáculo de robô móvel, e os resultados de calibração experimental do intervalo de medição do sistema são dados.

Sensor ultra-sônico para medição de distânciaÉ amplamente utilizado em aplicativos que exigem medição de distância, como robôs móveis para evitar obstáculos e radares de reversão devido às suas vantagens de processamento simples de informações, velocidade rápida e baixo preço. Devido às características de radiação da ultrassonografia, o sistema de variação multi-sensor existente usa transmissão de round-robin para reduzir a geração de interferência. Este método tem um grande ponto cego para a distância, e o desempenho em tempo real não pode ser garantido. Os dados de medição também são problemáticos para processamento subseqüente, como o posicionamento de obstáculos e a discriminação de forma. Eles desenham um sistema ultra-sônico com vários sensores que trabalham em paralelo. O sistema é usado para experiências de evitação de obstáculos em robôs móveis inteligentes, e bons resultados são obtidos.

1 design de sistema de alcance ultrassônico

Existem muitos métodos de medição de distância ultra-sônica. Este artigo adota o tempo de voo, isto é, a distância é calculada medindo o tempo T da onda ultra-sônica do sensor de transmissão através do meio de propagação para o sensor de recebimento. Seu princípio pode ser expresso pela fórmula como L = VT / 2, (l é a distância a ser medida; v é a velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas no ar, e T é o tempo de trânsito). A velocidade de propagação do ultra-som no ar está relacionada à temperatura do ambiente, e a precisão da medição de distância pode ser melhorada através da compensação de temperatura.

1.1 Design de circuito de hardware

Inclui principalmente computador superior, processador, circuito de oscilador ultra-sônico, circuito de unidade, amplificação de sinal, moldagem e circuito de comparação.

O processador adota o STC Single-Chip STC12C5410, que é compatível com a série 51. Cada microcomputador de chip único controla dois sensores ultrassônicos através de um multiplexador, que estão localizados na frente e na parte traseira do robô. A principal tarefa do microcomputador de chip único é medir o tempo de trânsito e a temperatura ambiente, e calcular a distância dos obstáculos. O microcomputador de chip único se comunica com o computador host através de Rs232. O computador superior analisa os dados recebidos para localizar os obstáculos e controlar o movimento do robô.

O circuito de transmissor ultrassônico é composto de duas partes: um circuito de oscilação e um circuito de condução. O circuito oscilante é um circuito simples composto de um portão NAND, um resistor e um capacitor, que pode gerar um sinal de onda quadrado de 40kHz para conduzir o sensor ultrassônico para emitir ondas ultra-sônicas; O circuito de condução gera um pulso elétrico ultra-sônico com uma certa potência para excitar o sensor ultrassônico, que é composto de 6 não portas em composição paralela, usando a capacidade de condução do próprio chip. Depois de ser conduzido, o sinal final adicionado ao sensor ultrassônico é uma onda quadrada com uma amplitude de 5V.

1.2 Projeto do Programa de Software

No sistema, o microcomputador de chips único deve controlar 2 temporizadores, um é usado para medir o tempo de trânsito, e o outro é usado para definir a taxa de transmissão da comunicação entre o chip único e o PC para garantir a precisão da comunicação ; Controle uma porta de interrupção externa para monitorar o sensor de recebimento ultra-sônico em tempo real, se deve receber o sinal ultra-sônico refletido; Use uma E / S para controlar o sensor de transmissor ultrassônico para emitir ultra-sônico em uma determinada frequência; Usando um único protocolo de barramento para controlar um E / S para ler o valor de temperatura coletado. O microcomputador de chip único também precisa receber e processar os comandos do computador superior e enviar os dados de volta para o computador superior em tempo real de acordo com os requisitos do computador superior.

oSensor de transdutor ultra-sônico.O circuito é dividido em três partes: amplificação de sinal, moldagem e comparação. O sinal recebido pelo sensor de recebimento ultra-sônico é muito fraco, no nível do milivolte, o sinal precisa ser amplificado antes de ser detectado pelo microcomputador de chips único. Neste artigo, os circuitos amplificadores de dois estágios são usados ​​para amplificar um total de 1000 vezes. Os circuitos amplificadores de dois estágios são conectados pelo acoplamento de resistência-capacitância. A saída de sinal do amplificador flui para o comparador depois de passar pelo circuito de modelagem de duplos de tensão. Ajustar a tensão de referência do comparador pode alterar a faixa de medição e a precisão da medição do sistema que fama. A saída do sinal pelo comparador é conectada ao INTS do microcomputador de chip único, acionando a interrupção de chips único.

A comunicação multi-computador é usada para transmitir dados entre o computador de chip único e o computador host. O PC não tem um bit de controle multi-computador e

Módulo de sensor de distância ultra-sônicaPrecisa usar software para simular o bit TB8 / RB8 do microcontrolador. As etapas de configuração do protocolo de comunicação são as seguintes:

1) Defina o MCU para estar no estado de monitoramento do endereço;

2) O PC envia um conjunto de dados de endereço com um bit de paridade de 1;

3) O microcomputador de chip único julga se o endereço recebido é o mesmo que o endereço local. Se for o mesmo, o endereço será enviado para o host para estabelecer um contrato de aperto de mão com o host;

4) Após o host receber o endereço, ele envia dados com um bit de paridade de 0 para notificar o microcontrolador para enviar as informações de distância;

5) O microcomputador de chip único envia os dados de distância. Após o envio, retorne ao passo para continuar a monitorar o endereço.

A tarefa é enviar um conjunto de comandos de consulta para a porta serial a cada 50 ms de acordo com o protocolo de comunicação definido para ler as informações de distância medidas pelo microcomputador de chips único; Localize o obstáculo analisando as informações da distância lida e julgue aproximadamente as características da forma do obstáculo; Tome as medidas de evitação de obstáculos necessárias Controle a operação do robô e exiba a pista de corrida. O software tem uma boa interface de usuário, que é propício para a depuração do programa.