超聲波的移動(dòng)機器人導航的設計原理

1 引言

在項目開(kāi)發(fā)中采用從英國進(jìn)口的SRF05 超聲波傳感器，它的回波反饋與測距方式與通常使用的超聲波傳感器相比較特別， 在A(yíng)RM中實(shí)現也稍有難度， 但該傳感器精度很高可達到1cm, 因此用該傳感器去掉了用于近距離測距的紅外測距模塊節約了硬件資源。

該機器人的最小系統為，觸摸屏模塊，超聲波模塊，攝像頭圖像采集模塊，直流電機閉環(huán)控制系統，在整個(gè)系統中測距是最總要的一環(huán)，它直接影響電機運行距離的精度，在有效范圍內的圖像采集控制。整個(gè)系統都是在A(yíng)RM9 與linux 平臺中完成，每個(gè)模塊都是用設備驅動(dòng)的方式實(shí)現使得模塊的控制更加方便。

2 SRF05 超聲波測距方法

提供一個(gè)10us 的脈沖觸發(fā)超聲波傳感器，SRF05 會(huì )發(fā)出8 個(gè)周期的頻率為40khz 的超頻脈沖，此時(shí)在echo 也是就回波口上的電平變?yōu)楦?，此時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計時(shí)，等到echo 變?yōu)榈碗娖阶C明有障礙物此時(shí)停止計時(shí)，高脈沖的寬度有測距的距離成正比，該超聲波的有效測距范圍為1cm~4m, 因此如果沒(méi)有障礙物或障礙物大于4m,echo 依然會(huì )變?yōu)榈碗娖酱藭r(shí)定時(shí)器的時(shí)間為30ms, 因此在測距時(shí)定時(shí)器的周期應大于30ms 這樣才能有效測距。

原理如圖1 所示。

3 超聲波測距軟件實(shí)現

如圖2 為超聲波測距的流程圖。

3.1 回波檢測的采集方法

超聲波的回波的檢測是個(gè)難點(diǎn)， 因為在A(yíng)RM中一個(gè)端口設置中斷只能設置一種觸發(fā)方式， 如果設為上升沿觸發(fā)可以打開(kāi)定時(shí)器定時(shí)但無(wú)法捕獲下降沿，也就無(wú)法關(guān)閉定時(shí)器，從而不能測距， 因此用軟件的方式實(shí)現。首先設置兩個(gè)時(shí)間延遲函數usdelay()和msdelay()，這樣可以在給出高脈沖10us 后等超聲波觸發(fā)再打開(kāi)定時(shí)期計時(shí)，在設置一個(gè)外部中斷eint1 接到超聲波傳感器的echo 口并設置為下降沿觸發(fā)，等下降沿來(lái)臨關(guān)閉定時(shí)器讀出值既為脈寬的時(shí)間長(cháng)度，然后根據障礙物的距離=(ECHO高電平的時(shí)間)* 聲納速度/2 得出距離?？諝庵衯 與溫度關(guān)系：v=331.5√1+T/273 m/s,T 為攝氏溫度。一般情況下超聲波速近似聲速，在室內溫度影響下取約343.2m/s.