Application du système de tâtonnement à ultrasons dans le robot mobile

Les capteurs à ultrasons sont largement utilisés dans les systèmes d'évitement des obstacles des robots. Basé sur le principe de tâtonnement à ultrasons, un système de télévision parallèle est conçu. La composition matérielle et la méthode de réalisation du logiciel du système sont introduites. Visant le phénomène selon lequel la variation parallèle multi-capteurs est facile à produire des interférences, la raison de l'interférence est analysée et une solution efficace est proposée. Le système est utilisé dans l'expérience d'évitement des obstacles du robot mobile, et les résultats d'étalonnage expérimentaux de la plage de mesure du système sont donnés.

Capteur à ultrasons pour la mesure de la distanceest largement utilisé dans les applications nécessitant une mesure de la distance telle que les robots mobiles pour éviter les obstacles et inverser les radars en raison de leurs avantages de traitement simple de l'information, de vitesse rapide et de prix bas. En raison des caractéristiques de rayonnement de l'échographie, le système de tâches multi-capteurs existant utilise une transmission à la ronde pour réduire la génération d'interférence. Cette méthode a un grand angle mort pour la distance, et les performances en temps réel ne peuvent pas être garanties. Les données de mesure sont également gênantes pour le traitement ultérieur tel que le positionnement des obstacles et la discrimination de forme. Ils conçoivent un système de tâtais à ultrasons avec plusieurs capteurs travaillant en parallèle. Le système est utilisé pour les expériences d'évitement des obstacles sur des robots mobiles intelligents, et de bons résultats sont obtenus.

1 conception du système de tâtais à ultrasons

Il existe de nombreuses méthodes de mesure de la distance à ultrasons. Cet article adopte la méthode du temps de vol, c'est-à-dire que la distance est calculée en mesurant le temps t de l'onde ultrasonique du capteur de transmission à travers le milieu de propagation au capteur de réception. Son principe peut être exprimé par la formule comme L = VT / 2 (l est la distance à mesurer; V est la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques dans l'air, et t est le temps de transit). La vitesse de propagation de l'échographie dans l'air est liée à la température de l'environnement, et la précision de la mesure de la distance peut être améliorée par compensation de température.

1.1 Conception du circuit matériel

Il comprend principalement l'ordinateur supérieur, le processeur, le circuit d'oscillateur à ultrasons, le circuit d'entraînement, l'amplification du signal, la mise en forme et le circuit de comparaison.

Le processeur adopte le STC à puce STC12C5410, qui est compatible avec la série 51. Chaque micro-ordinateur à puce contrôle deux capteurs à ultrasons via un multiplexeur, qui sont situés à l'avant et à l'arrière du robot. La tâche principale du micro-ordinateur à puce unique est de mesurer le temps de transit et la température ambiante et de calculer la distance des obstacles. Le micro-ordinateur unique communique avec l'ordinateur hôte via RS232. L'ordinateur supérieur analyse les données reçues pour localiser les obstacles et contrôler le mouvement du robot.

Le circuit d'émetteur à ultrasons est composé de deux parties: un circuit d'oscillation et un circuit de conduite. Le circuit oscillant est un circuit simple composé d'une porte NAND, d'une résistance et d'un condensateur, qui peut générer un signal d'onde carré de 40 kHz pour conduire le capteur à ultrasons pour émettre des ondes ultrasoniques; Le circuit de conduite génère une impulsion électrique à ultrasons avec une certaine puissance pour exciter le capteur à ultrasons, qui est composé de 6 portes en composition parallèle, en utilisant la capacité de conduite de la puce elle-même. Après avoir été entraîné, le signal final ajouté au capteur à ultrasons est une onde carrée avec une amplitude de 5V.

1.2 Conception du logiciel

Dans le système, le micro-ordinateur à puce doit contrôler 2 minuteries, l'une est utilisée pour mesurer le temps de transit, et l'autre est utilisé pour définir le taux de bauds de la communication entre le seul puce et le PC pour assurer la précision de la communication ; Contrôler un port d'interruption externe pour surveiller le capteur de réception à ultrasons en temps réel s'il faut recevoir le signal ultrasonique réfléchi; Utilisez une E / S pour contrôler le capteur d'émetteur à ultrasons pour émettre des ultrasons à une certaine fréquence; Utilisation d'un protocole de bus unique pour contrôler une E / S pour lire la valeur de température collectée. Le micro-ordinateur unique doit également recevoir et traiter les commandes de l'ordinateur supérieur, et renvoyer les données à l'ordinateur supérieur en temps réel en fonction des exigences de l'ordinateur supérieur.

Lacapteur de transducteur à ultrasonsLe circuit est divisé en trois parties: amplification du signal, mise en forme et comparaison. Le signal reçu par le capteur de réception à ultrasons est très faible, au niveau du millivolt, le signal doit être amplifié avant de pouvoir être détecté par le micro-ordinateur à puce. Dans cet article, des circuits d'amplification en deux étapes sont utilisés pour amplifier un total de 1000 fois. Les circuits d'amplification en deux étapes sont connectés par couplage de la résistance-capacité. La sortie du signal de l'amplificateur s'écoule dans le comparateur après avoir traversé le circuit de mise en forme de doubleur de tension. L'ajustement de la tension de référence du comparateur peut modifier la plage de mesure et la précision de mesure du système de diffusion. La sortie du signal par le comparateur est connectée à l'INT0 du micro-ordinateur à puce unique, déclenchant l'interruption à puce unique.

La communication multi-ordinateur est utilisée pour transmettre des données entre l'ordinateur à puce unique et l'ordinateur hôte. Le PC n'a pas de bit de contrôle multi-ordinateur, et

module de capteur de distribution à ultrasonsDoit utiliser un logiciel pour simuler le bit TB8 / RB8 du microcontrôleur. Les étapes de réglage du protocole de communication sont les suivantes:

1) Définissez le MCU pour être dans l'état de surveillance d'adresse;

2) Le PC envoie un ensemble de données d'adresse avec un bit de parité de 1;

3) Le micro-ordinateur à puce unique juge si l'adresse reçue est la même que l'adresse locale. S'il est pareil, l'adresse sera envoyée à l'hôte pour établir un accord de poignée de main avec l'hôte;

4) Une fois que l'hôte a reçu l'adresse, il envoie des données avec un bit de parité de 0 pour informer le microcontrôleur pour envoyer les informations de distance;

5) Le micro-ordinateur à puce unique envoie les données de distance. Après l'envoi, revenez à l'étape pour continuer à surveiller l'adresse.

La tâche consiste à envoyer un ensemble de commandes de requête au port série toutes les 50 ms en fonction du protocole de communication SET pour lire les informations de distance mesurées par le micro-ordinateur à puce; Localisez l'obstacle en analysant les informations de distance de lecture et jugez grossièrement les caractéristiques de forme de l'obstacle; Prenez les mesures d'évitement des obstacles nécessaires Contrôlez le fonctionnement du robot et affichez la piste en cours d'exécution. Le logiciel a une bonne interface utilisateur, qui est propice au débogage du programme.