超聲波的移動機器人導(dǎo)航的設(shè)計原理

1 引言

在項目開發(fā)中采用從英國進口的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ARM中實現(xiàn)也稍有難度， 但該傳感器精度很高可達(dá)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(jié)約了硬件資源。

該機器人的最小系統(tǒng)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(tǒng)，在整個系統(tǒng)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(nèi)的圖像采集控制。整個系統(tǒng)都是在ARM9 與linux 平臺中完成，每個模塊都是用設(shè)備驅(qū)動的方式實現(xiàn)使得模塊的控制更加方便。

2 SRF05 超聲波測距方法

提供一個10us 的脈沖觸發(fā)超聲波傳感器，SRF05 會發(fā)出8 個周期的頻率為40khz 的超頻脈沖，此時在echo 也是就回波口上的電平變?yōu)楦撸藭r定時器開始計時，等到echo 變?yōu)榈碗娖阶C明有障礙物此時停止計時，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, 因此如果沒有障礙物或障礙物大于4m,echo 依然會變?yōu)榈碗娖酱藭r定時器的時間為30ms, 因此在測距時定時器的周期應(yīng)大于30ms 這樣才能有效測距。

原理如圖1 所示。

3 超聲波測距軟件實現(xiàn)

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難點， 因為在ARM中一個端口設(shè)置中斷只能設(shè)置一種觸發(fā)方式， 如果設(shè)為上升沿觸發(fā)可以打開定時器定時但無法捕獲下降沿，也就無法關(guān)閉定時器，從而不能測距， 因此用軟件的方式實現(xiàn)。首先設(shè)置兩個時間延遲函數(shù)usdelay()和msdelay()，這樣可以在給出高脈沖10us 后等超聲波觸發(fā)再打開定時期計時，在設(shè)置一個外部中斷eint1 接到超聲波傳感器的echo 口并設(shè)置為下降沿觸發(fā)，等下降沿來臨關(guān)閉定時器讀出值既為脈寬的時間長度，然后根據(jù)障礙物的距離=(ECHO高電平的時間)* 聲納速度/2 得出距離。空氣中v 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(nèi)溫度影響下取約343.2m/s.