Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2020-04-28 origine:Propulsé
Introduction
Dans le processus d'évitement des obstacles en temps réel et de planification de chemins pour les robots mobiles autonomes, le robot doit s'appuyer sur l'acquisition d'informations environnementales externes, ressentir la présence d'obstacles et mesurer la distance des obstacles. À l'heure actuelle, les capteurs d'évitement des obstacles du robot et de variation comprennent des capteurs infrarouges, ultrasoniques, laser et visuels. Les capteurs laser et les capteurs visuels sont chers et nécessitent des exigences élevées pour les contrôleurs. Par conséquent, infrarouge etTransducteurs de niveau ultrasoniquesont principalement utilisés dans les systèmes de robots mobiles.
La plupart des systèmes utilisent un seul capteur pour la collecte d'informations, mais en raison du problème de la mesure des angles morts, la gamme de capteurs à ultrasons se situe généralement entre 30 et 300 cm; tandis que la distance de détection des capteurs de distance infrarouge est courte, généralement à moins de dizaines de centimètres. Dans une certaine mesure, il peut compenser les lacunes des capteurs à ultrasons qui ne peuvent pas être mesurés à bout portant. Par conséquent, ce système utilise plusieurs capteurs infrarouges et ultrasoniques pour mesurer et collecter des informations à distance.
2. Principe et méthode de variation
(1) capteur à ultrasons
L'échographie fait référence aux ondes sonores avec une fréquence de résonance supérieure à 20 Hz. Plus la fréquence est élevée, plus la capacité de réflexion est forte. Les capteurs à ultrasons sont peu coûteux, et leurs performances sont à peine affectées par la lumière, la poussière, la fumée, les interférences électromagnétiques et le métal, le bois, le béton, le verre, le caoutchouc et le papier peuvent refléter près de 100% des vagues à ultrasons, afin qu'elles puissent être utilisées pour détecter objets .
La méthode de mesure de la distance à ultrasons est la méthode de détection d'écho. Le transducteur transmissible émet en continu des impulsions sonores. Une fois que l'onde sonore a rencontré l'obstacle, il est reflété et reçu par le transducteur de réception. La distance de l'obstacle est calculée en fonction de la vitesse du son et du décalage horaire. La relation entre la distance et la vitesse du son et du temps est exprimée.
(2) Méthodes pour améliorer la précision du transducteur ultrasonique
1. Utilisez la fréquence et la longueur d'onde appropriées: en utilisanttransducteur à ultrasons haute puissancePour mesurer la distance, la fréquence est trop faible; L'interférence du bruit externe est plus; La fréquence est trop élevée et l'atténuation est importante pendant le processus de propagation. De plus, le capteur à ultrasons est susceptible de générer des angles morts pendant le processus de mesure, et l'extrémité de réception est sujette à recevoir des ondes qui fuites. Pour améliorer cette lacune, il est nécessaire de réduire la longueur de la chaîne d'onde transmise et d'augmenter la fréquence de l'onde transmise. Cependant, si la longueur de la chaîne d'onde transmise est trop courte, le transducteur de transmission ne peut pas être excité ou la vibration excitée n'atteint pas la valeur maximale; Si la fréquence de l'onde transmise est trop élevée, l'atténuation est grande et la distance de travail diminue. Des tests ont montré que l'utilisation d'ondes ultrasoniques de 40 kHz pour transmettre le groupe d'impulsions contient 10 à 20 impulsions et a de bonnes performances de propagation.
2. L'amélioration de la précision de synchronisation du système peut également améliorer la précision du transducteur à distance à ultrasons. Plus la fréquence de comptage de la minuterie est élevée, plus l'erreur de tâtonnement en raison de l'erreur de quantification du temps.
3. La compensation du délai du circuit du système peut réduire l'erreur de télévision et améliorer la précision de variation. Dans la formule, △ t est le temps de retard, s; S1, S2 sont deux distances de mesure connues, m; T1, T2 sont le temps de mesure correspondant, s.
(3) Capteur d'évitement d'obstacle infrarouge
L'infrarouge est une onde électromagnétique entre la lumière visible et le micro-ondes. Par conséquent, il a non seulement les caractéristiques de la propagation linéaire légère visible, de la réflexion, de la réfraction, etc., mais a également certaines caractéristiques des micro-ondes, comme une forte pénétration et une capacité à pénétrer certaines matières opaques, etc. Le capteur infrarouge comprend un dispositif émetteur infrarouge et un dispositif de réception infrarouge. Tous les objets dans la nature rayonneront le rayonnement infrarouge tant que la température est supérieure à zéro absolu. Par conséquent, les capteurs infrarouges doivent avoir des capacités de transmission et de réception plus fortes.
Le principe de base de l'adhérence du capteur ultrasonique infrarouge est que le tube électrolumique de lumière émet une lumière infrarouge, et le tube de réception sensible à la lumière reçoit la lumière réfléchie de l'objet devant elle, puis juge s'il y a un obstacle devant ce. La distance de l'objet peut être jugée en fonction de l'intensité de la lumière émise. Son principe est que l'intensité de la lumière reçue par le tube de réception varie avec la distance de l'objet réfléchissant. L'intensité lumineuse réfléchie est proche de la distance et l'intensité lumineuse réfléchie est loin.
À l'heure actuelle, un interrupteur photoélectrique infrarouge, qui est l'un des capteurs les plus utilisés, a une fréquence de transmission d'environ 38 kHz et une distance de détection relativement courte. Il est généralement utilisé pour la reconnaissance des obstacles à courte distance. Ce système utilise ce type de capteur.
(4) défauts de mesure de la distance infrarouge
Affecté par les caractéristiques de l'appareil, l'interrupteur photoélectrique infrarouge général a une mauvaise anti-ingérence et est grandement affecté par la lumière ambiante; et la couleur de l'objet détecté et la douceur de la surface sont différentes, et l'intensité de la lumière infrarouge réfléchie sera différente.
Troisièmement, la structure du système matériel
(1) Composition du système
Le système de mesure de la distance est composé de micro-ordinateurs à puce unique, de circuit de transmission et de réception à ultrasons, de circuit d'infrarouge et de réception, circuit d'affichage numérique et circuit de communication série. Minicers / minuteries programmables, 14 sources d'interruption, canaux d'entrée / sortie programmables universels 32 bits et A / D 10 bits à 7 canaux sur la puce. convertisseur.
(2) circuit de capteur à ultrasons
Le port I / O9-I / O11 de Lingyang MCU est connecté au circuit de transmission à ultrasons à trois, et l'E / O3-I / O5 est connecté au circuit de réception à ultrasons à trois voies. Le transducteur de signal de 40 kHz généré par le micro-ordinateur à puce unique est sorti par les E / S et est boosté par le circuit d'amplificateur de rappel composé de l'onduleur 4049b. Enfin, il est transmis par le transducteur de transmission à ultrasons UCM40T; L'onde sonore revient à l'obstacle et est reçue par le transducteur récepteur UCM40R, le signal est amplifié par un circuit d'amplificateur en deux étapes composé d'OP07, sélectionné par la fréquence par un décodeur audio en boucle à verrouillage de phase LM567, filtrant les signaux d'interférence, et Enfin, saisir un micro-ordinateur à puce unique via un port d'E / S. Le micro-ordinateur à puce unique calcule la distance de l'obstacle à travers le temps de transmission de l'onde sonore.
(3) circuit de capteur infrarouge
L'I / O0 ～ I / O6 de Lingyang MCU peut être utilisée comme convertisseur A / N 10 bits. Dans ce système, les ports I / O0 ～ I / O2 de Lingyang MCU sont utilisés comme convertisseurs A / D. I / O6 ～ Les I / O8 sont connectés à trois circuits d'émetteur infrarouge, et I / O0 ～ I / O2 sont connectés à trois récepteurs infrarouges avec circuit. Lorsque le port d'E / S du micro-ordinateur à puce unique produit un niveau élevé, il conduit avec le tube luminescent infrarouge TLN205 et émet une lumière infrarouge; L'onde légère se reflète après avoir rencontré un obstacle et reçu par le tube de réception infrarouge TPS708, qui génère un courant correspondant à l'intensité lumineuse. Après l'amplification du circuit d'amplification à deux étapes, il étend une tension analogique de 0 ~ 3V, qui est entrée au micro-ordinateur à puce via le port A / D. Le micro-ordinateur à puce unique calcule et juge la distance de l'obstacle à travers l'ampleur de la tension.
4. Conception de logiciels
L'ordinateur à puce unique SPCE061 A sélectionne la fréquence du système FOSC = 20,480 MHz, la fréquence d'horloge CPU (CPUCLK) est FOSC / 2 = 10. 24 MHz, la source d'horloge sélectionne la fréquence 32768 Hz, la source d'horloge sélectionne la fréquence 1Hz, Et le SPCE061A fournit une synchronisation / compteur 216 bits: timera et temporb. La source d'horloge de timera est formée par les opérations de la source d'horloge A et de la source d'horloge B; La source d'horloge de TimerB n'est que la source d'horloge A.
L'impulsion ultrasonique de 40 kHz est une onde carrée avec des niveaux élevés et faibles occupant chacun 12,5 μs. Le nombre d'horloge du CPU est retardé de 123 cycles d'instruction, qui est de 12,5 μs. L'ordinateur à puce unique peut générer un signal d'impulsion de 40 kHz en générant en continu des niveaux élevés et faibles de 12,5 μs. Un groupe d'impulsions de 20 impulsions est émis à chaque fois pendant 0,5 ms, et l'émission d'impulsions et le temps d'intervalle sont d'au moins 20 ms, qui est sorti du port d'E / S. . Le système sélectionne la minuterie A comme interruption de temporisation de 20 ms et de la minuterie B comme compteur à ultrasons. Étant donné que le capteur à ultrasons a une mesure de la zone morte, dans la conception du programme, la mesure de la distance de plus de 30 cm est complétée par le capteur à ultrasons, et le capteur infrarouge est complété à moins de 30 cm.
Dans le processus de variation infrarouge, le temporisateur A est utilisé pour générer une interruption de 0,1 s pour l'échantillonnage A / D, et la valeur de tension est convertie en informations à distance. Dans le programme principal, premièrement, entrez dans le sous-programme de détection infrarouge. Si un obstacle est détecté, entrez le sous-programme de transmission, d'affichage et de contrôle de mouvement des données; Si aucun obstacle n'est détecté, entrant dans le sous-programme de détection ultrasonique. L'échographie détecte les obstacles, puis entre dans les sous-programmes de transmission, d'affichage et de contrôle de mouvement. Si aucun obstacle n'est détecté, la détection infrarouge est effectuée respectivement des sub-transactions infrarouges et de détection ultrasoniques.
V. Résultats de la mesure
Pendant le test, des obstacles de la même taille, de la même texture et de la même couleur sont utilisés pour la mesure. Les tests montrent que la précision de variation du système est à moins de 1% de 0 à 200 cm, ce qui peut mesurer avec précision la distance des obstacles. La mesure de la distance à moins de 30 cm est effectuée par des capteurs infrarouges, et la mesure de la distance entre 30 et 200 cm est effectuée par des capteurs à ultrasons.
6. Conclusion
Cet article étudie un système de distance mobile mobile à faible puissance, à faible puissance et haute performance, un système multi-capteurs utilisant des capteurs ultrasoniques et infrarouges, qui résout efficacement le problème de la mesure des angles morts dans un système de tâches de capteur unique; Les trois groupes de capteurs sont assemblés à trois positions différentes du robot, afin que le robot puisse effectuer les tâches de télévision dans trois directions différentes.
