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在自主行走機器人系統(tǒng)中，機器人要實現(xiàn)在未知和不確定環(huán)境下行走,，必須實時采集環(huán)境信息,，以實現(xiàn)避障和導航，這必須依靠能實現(xiàn)感知環(huán)境信息的傳感器系統(tǒng)來實現(xiàn),。視覺,、紅外、激光,、超聲波等傳感器都在行走機器人中得到廣泛應用,。由于超聲波測距方法設備簡單、價格便宜,、體積小,、設計簡單、易于做到實時控制,，并且在測量距離,、測量精度等方面能達到工業(yè)實用的要求,，因此得到了廣泛的應用。本文所介紹的機器人采用三方超聲波測距系統(tǒng),，該系統(tǒng)可為機器人識別其運動的前方,、左方和右方環(huán)境而提供關于運動距離的信息。 超聲波測距原理 超聲波發(fā)生器內(nèi)部由兩個壓電片和一個共振板組成,。當它的兩極外加脈沖信號,，且其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振,，并帶動共振板振動,，便產(chǎn)生超聲波。反之,，如果兩極間未加外電壓,，當共振板接收到超聲波時，就成為超聲波接收器,。超聲波測距一般有兩種方法：①取輸出脈沖的平均電壓值,，該電壓與距離成正比，測量電壓即可測量距離,；②測量輸出脈沖的寬度,，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔t，根據(jù)被測距離s=vt,？2來得到測量距離,，由于超聲波速度v與溫度有關，所以如果溫度變化比較大,，應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?/p> 本測量系統(tǒng)采用第二種方法,，由于測量精度要求不是特別高，所以可以認為溫度基本不變,。本系統(tǒng)以PIC16F877單片機為核心,，通過軟件編程實現(xiàn)其對外圍電路的實時控制，并提供給外圍電路所需的信號,，包括頻率振動信號,、數(shù)據(jù)處理信號等，從而簡化了外圍電路,，且移植性好,。系統(tǒng)硬件電路方框圖見圖1。 圖1 系統(tǒng)硬件電路方框圖 由于本系統(tǒng)只需要清楚機器人前方,、左方,、右方是否有障礙物，并不需要知道障礙物與機器人的具體距離,，因此不需要顯示電路,，只需要設定一距離閥值,，使障礙物與機器人的距離達到某一值時，單片機控制機器人電機停轉(zhuǎn),，這可通過軟件編程實現(xiàn),。 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路以PIC16F877為核心，當單片機上電時,，單片機從RA0口產(chǎn)生40kHz的超聲波信號,，但是此時該信號無法通過與非門進入放大電路使超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，只有閉合開關S1時,，從RA1口發(fā)射出一門控信號,，該信號的頻率為4kHz,，同時啟動單片機內(nèi)部的定時器TMR1,，開始計數(shù)。該門控信號每發(fā)射一個周期的波形,，超聲波就會發(fā)射10個完整的波形,，這可由它們的頻率得出。超聲波的周期為1（40kHz）=01025ms,，而門控信號的周期為1（4kHz）=0125ms,。最后根據(jù)s=vt2求出障礙物與移動機器人的距離。當超聲波接收頭收到反射回來的超聲波時,，計數(shù)器停止計數(shù)，時間t 可以根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)與門控信號的周期求出,。RA2口接RS觸發(fā)器,，RS觸發(fā)器可以自動控制超聲波的發(fā)射和停止。本系統(tǒng)的電路還包括人工復位電路,，由單片機的MCLR引腳接S2來控制,，超聲波發(fā)射電路圖見圖2,。 圖2 超聲波發(fā)射電路圖 門控電路（RS觸發(fā)器） 為實現(xiàn)對超聲波發(fā)射和接收的自動控制,，須在電路中加一門控電路，該門控信號頻率為4kHz,，如把輸出脈沖作為閘門信號,，讓已知頻率fc的脈沖恰好通過閘門,，那么t=NTc，其中,，Tc為已知脈沖的周期，N為脈沖的個數(shù),。門控電路由RS觸發(fā)器組成，當輸入端R=1（S=0）時復位，即輸出端Q=0;當R=0（S=1）時置位,，即Q=1。RS觸發(fā)器與單片機的RA2口相連,。 超聲波放大電路 超聲波放大電路由三極管等組成,，由于單片機RA口最多只有20mA～25mA上拉電流，而超聲波發(fā)射器最小需要60mA的電流,，所以在與非門后加一級放大電路來放大電流，以完成超聲波的發(fā)射,。超聲波放大發(fā)射電路見圖3,。 圖3 超聲波放大發(fā)射電路圖 超聲波接收放大電路 由于超聲波接收頭接收到的超聲波信號很微弱，所以在其后需加一超聲波接收放大電路,。該電路采用兩個集成運放，設計為兩級,，兩級都為同相輸入，因為同相輸入的電壓放大倍數(shù)為1+RfR,，所以每一級的放大倍數(shù)為10,，兩級放大倍數(shù)接近100倍,，這樣后續(xù)電路就可以很容易地檢測到輸入的信號。集成運放采用雙電源供電,，超聲波接收放大電路見圖4,。 圖4 超聲波接收放大電路圖 信號濾波電路 從信號放大電路出來的聲波帶有一定的干擾,，為了去除干擾信號，需要一濾波電路,，信號濾波電路選用帶通濾波器電路,，使其中心頻率為40kHz、帶寬為2kHz,，外加一過零比較器,，使輸出信號轉(zhuǎn)化為方波信號。信號濾波電路見圖5,。 圖5 信號濾波電路圖 信號整形電路 從信號濾波電路出來的方波信號很不規(guī)則,，故其后加一整形電路，整形電路由兩級非門串聯(lián),，并聯(lián)一電阻組成,，整形后再送單片機進行處理，信號整形電路見圖6,。 圖6 信號整形電路圖 本文設計的超聲波測距系統(tǒng)采用了單片機編程技術,，配合硬件完成了系統(tǒng)的要求，其精度能滿足大部分的工程需要,。與傳統(tǒng)的測距系統(tǒng)相比,，具有結(jié)構簡單,、價格便宜、移植性好等特點,。
技術資料出處:電子發(fā)燒友
【導讀】產(chǎn)生浪涌的原因是多方面的,，浪涌是一種上升速度高,、持續(xù)時間短的尖峰脈沖。電網(wǎng)過壓,、開關打火,、虬源反向、靜電,、電機/電源噪聲等都是產(chǎn)生浪涌的因素,。而浪涌保護器... |
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