把壓力傳感器安裝到機(jī)器手上

1、10.2.3 把傳感器安裝到機(jī)器手上1 概述本小節(jié)介紹如何把傳感器安裝到機(jī)器手上，完成了一個基于單片機(jī)及多種傳感器的自主式移動機(jī)器人的制作。單片機(jī)作為系統(tǒng)檢測和控制的核心,實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人小車的智能控制。反射式紅外光電傳感器檢測引導(dǎo)線,使機(jī)器人沿軌道自主行走;使用霍爾集成片,通過計(jì)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)完成機(jī)器人行走路程測量;接近開關(guān)可探測到軌道下埋藏的金屬片,發(fā)出聲光信息進(jìn)行指示,并能實(shí)時(shí)顯示金屬片距起點(diǎn)的位置。2 功能需求選取一塊光滑地板或木板,上面鋪設(shè)白紙,白紙上畫任意黑色線條(線條不要交叉),作為機(jī)器人行走的軌跡,引導(dǎo)機(jī)器人自主行走。紙下沿黑線軌跡隨機(jī)埋藏幾片薄鐵片,鐵片厚度為0.51.0mm。機(jī)

2、器人沿軌跡行走一周,探測出埋藏在紙下鐵片,發(fā)出聲光報(bào)警,并顯示鐵片距離起點(diǎn)的位置。3 機(jī)器人總體構(gòu)成圖10.* 機(jī)器人總體構(gòu)成如圖10.*所示,以微處理器為核心,接受傳感器傳來外部信息,進(jìn)行處理,控制機(jī)器人的運(yùn)行。系統(tǒng)電源供電部分由于機(jī)器人電機(jī),傳感器及系統(tǒng)CPU等部分均采用+5V供電,考慮電動車功率和車載質(zhì)量及摩擦阻力問題,電源我們采用電動車自帶干電池組,功耗小、體積小和質(zhì)量輕,安裝較為方便。電機(jī)驅(qū)動及PWM調(diào)速部分機(jī)器人需控制在一個合適的速度行駛,速度太快,因單片機(jī)對各傳感器傳來的信號有一個響應(yīng)、處理時(shí)間,小車極易偏離軌道。小車的速度是由后輪直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制,改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)速通常采用調(diào)壓、

3、調(diào)磁等方式來實(shí)現(xiàn)。其中,調(diào)壓方式原理簡單,易與實(shí)現(xiàn)。采用由晶體管組成的H型PWM調(diào)制電路。通過圖2所示PWM調(diào)制電路,用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)調(diào)速。圖10.* 電機(jī)驅(qū)動電路令單片機(jī)P1.7口為低電平,P1.6口為高電平,此時(shí)Q1、Q4導(dǎo)通,Q2、Q3截止,電動機(jī)正常工作。改變P1.6口高電平周期,即改變PWM調(diào)制脈沖占空比,可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。脈沖頻率對電機(jī)轉(zhuǎn)速有影響,脈沖頻率高連續(xù)性好,但帶負(fù)載能力差;脈沖頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),脈沖頻率在30Hz以上,電機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn),但小車行駛時(shí),由于摩擦力使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低很快,甚至停轉(zhuǎn);脈沖頻率在10Hz以下,電機(jī)轉(zhuǎn)動有跳躍現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)

4、證明脈沖頻率在2535Hz效果最佳。我們選取脈沖頻率為30Hz。引導(dǎo)線檢測模塊根據(jù)白紙和黑線反射系數(shù)不同,通過以光電傳感器為核心的光電檢測電路將路面兩種顏色進(jìn)行區(qū)分,轉(zhuǎn)化為不同電平信號,將此電平信號送單片機(jī),由單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)向,保證小車沿引導(dǎo)線行駛。考慮到小車與路面的相對位置,采用反射式光電檢測電路。紅外光電傳感器TCRT1000,它是一種光電子掃描,光電二極管發(fā)射,三極管接收并輸出的裝置.它的特點(diǎn)是尺寸小、使用方便、信號高輸出、工作狀態(tài)受溫度影響小。它的外圍電路簡單,(如圖10.*所示)。二極管的C端和三極管的E端接地,二極管的A端通過一電阻和電源相接,組成偏置電流電路;三極管

5、的C端也通過一電阻和電源相接,組成輸出電路。當(dāng)檢測器檢測到白色時(shí),其輸出低電平;當(dāng)檢測到黑色時(shí),則輸出高電平。為提高檢測精度,采用了多傳感器信息融合技術(shù)。設(shè)計(jì)中,在車頭均勻布置三個光電傳感器,其中,中間一個(Q1)安裝在小車正中央。Q1的輸出經(jīng)一級比較器和非門,接單片機(jī)的P1.3腳.Q1左右兩端分別布置一個傳感器,經(jīng)與圖3相同的電路后也連接到單片機(jī)P1口。若兩側(cè)某一傳感器檢測到黑線,表明小車正脫離軌道,將3個檢測點(diǎn)的結(jié)果融合后作為單片機(jī)的輸入,機(jī)器人按照單片機(jī)P1口信息進(jìn)行判斷調(diào)整,實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤和自動糾偏。圖10.* 光電檢測轉(zhuǎn)換電路4 金屬探測部分圖10.* 金屬探測電路如圖4所示,金屬探測

6、器使用一接近開關(guān),探測有效距離約為4mm,將它固定在機(jī)器人上,當(dāng)探測到金屬片時(shí),探測器輸出端輸出低電平,經(jīng)反向器后接一發(fā)光二極管和一蜂鳴器,發(fā)出聲光指示信號。同時(shí)輸出反向后接單片機(jī),對探測到的金屬片個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)?；魻栐y距設(shè)計(jì)霍爾集成片內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成,當(dāng)磁鐵正對金屬板時(shí),根據(jù)霍爾效應(yīng),金屬板發(fā)生橫向?qū)?因此可以在車輪上安裝磁片,而將霍爾集成片安裝在固定軸上,通過對脈沖計(jì)數(shù)進(jìn)行距離測量。小車后輪每轉(zhuǎn)一圈,霍爾元件產(chǎn)生的脈沖送入單片機(jī)的T0口進(jìn)行計(jì)數(shù),單片機(jī)完成脈沖數(shù)到距離的轉(zhuǎn)換。在后輪安裝一個磁極,測量誤差是一個車輪的周長,可在軟件中給予補(bǔ)償。LCD顯示液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn),在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。?這里采用2行16個字的DM-162液晶模塊,通過與單片機(jī)連接,編程,完成顯示功能。5 系統(tǒng)軟件流程系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。圖10.* 系統(tǒng)軟件流程圖本節(jié)基于單片機(jī)及傳感器原理,以單片機(jī)為控制器的核心,小型直流電機(jī)作為驅(qū)動元件,配置不同類型的傳感器,通過軟件編程,制作