移動(dòng)機(jī)器人超聲波避碰傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了避免移動(dòng)機(jī)器人在行進(jìn)過程中與障礙物發(fā)生碰撞，設(shè)計(jì)了一種基于LPC2119微控制器的超聲波避碰傳感器系統(tǒng)。文章首先介紹了超聲波發(fā)射電路、回波電壓放大電路和檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)方法;巧妙地應(yīng)用74HC154的簡(jiǎn)單電路實(shí)現(xiàn)了多路超聲波信號(hào)的循環(huán)發(fā)射;利用LM567實(shí)現(xiàn)了鎖相環(huán)回彼檢測(cè)電路，針對(duì)超聲波傳感器之間的回波干擾，提出了一種有效的解決方案;最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，應(yīng)用最小二乘法得到了距離補(bǔ)償公式，在移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行的過程中，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)地循環(huán)檢測(cè)機(jī)器人周圍的障礙物信息，有效地避免了碰撞現(xiàn)象的發(fā)生。
隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，自主式移動(dòng)機(jī)器人以其靈活性和智能性等特點(diǎn)，在人們的生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越來越廣泛。自主式移動(dòng)機(jī)器人可以在沒有人工干預(yù)或極少人工干預(yù)的條件下，在一定的環(huán)境中有目的地移動(dòng)和完成指定的任務(wù)。它是一個(gè)組成及結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，具有加速、減速，前進(jìn)、后退以及轉(zhuǎn)彎等功能，并具有任務(wù)分析、路徑規(guī)劃、導(dǎo)航、信息檢測(cè)和信息融合，自主決策等類似人類活動(dòng)的人工智能川。自主式移動(dòng)機(jī)器人通過各種傳感器系統(tǒng)感知外界環(huán)境和自身狀態(tài)，而在多種探測(cè)手段中，超聲波傳感器系統(tǒng)由于具有成本低、安裝方便、不易受光線煙霧影響、時(shí)間信息直觀等特點(diǎn)，在移動(dòng)機(jī)器人環(huán)境探測(cè)和物體輪廓識(shí)別上有著廣泛的應(yīng)用。
本文研究的超聲波避碰傳感器系統(tǒng)由18路超聲波發(fā)射電路，回波放大電路和鎖相環(huán)檢測(cè)電路組成，并由ARM處理器LPC2119統(tǒng)一管理。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。LPC2119控制超聲波發(fā)射電路循環(huán)地發(fā)射18路頻率為40kHz的方波信號(hào)，在每1路超聲信號(hào)發(fā)射的開始時(shí)刻啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì)時(shí);超聲信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)發(fā)射端超聲頭產(chǎn)生在空氣中傳播的超聲波;當(dāng)超聲波遇到障礙物后會(huì)被反射回來，被接收端超聲頭接收后轉(zhuǎn)化為同頻率的正弦波小信號(hào);小信號(hào)經(jīng)過放大電路和鎖相環(huán)電路后轉(zhuǎn)換為TTL電平的信號(hào)，通過總線驅(qū)動(dòng)電路掛接到LPC2119的外中斷1上產(chǎn)生中斷信
號(hào);LPC2119在它的中斷服務(wù)程序中停止定時(shí)器，并記錄定時(shí)器的當(dāng)前值，通過這個(gè)時(shí)間信息計(jì)算出障礙物的距離。