【導讀】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。
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。
3.2 超聲波觸發(fā)的實(shí)現
利用數字示波器精確設計一個(gè)軟件計時(shí)函數usdelay （），具體實(shí)現如下。
則usdelay（1）既為10us，該函數用于在給出激發(fā)高脈沖后延續10us 然后關(guān)脈沖。
還要設計一個(gè)msdelay（）用于控制整個(gè)測距周期的時(shí)間值。
msdelay（1000）在主函數數中用于延遲1s，這樣定時(shí)器可以完全有足夠的回波檢測時(shí)間同時(shí)也不會(huì )對其它三路超聲波信號造成干擾。
如下所示。
3.3 超聲波回波檢測的實(shí)現
回波檢測計算脈寬的時(shí)間需要用到定時(shí)器和外部中斷，外部中斷接超聲波的echo 并設置為下降沿觸發(fā)。定時(shí)器的初始化如下。
rTCFG0=0x9595; //預分頻值為95
rTCFG1=0x00000; //分割值1/2
rTCNTB0=10000; /
根據T=［TCNTB0*（TCFG0+1）*（1/TCFG1）］/50MHZ 得出定時(shí)器的周期為60ms 在這個(gè)時(shí)間段里足以計算回波時(shí)間。
外部中斷1 初始化如下
rGPFCON=0xaa; //GPF1 設置為EINT1
rINTMOD=0x0; //設置為普通中斷
rGPFUP=0xf; //禁止GPF0 上拉電阻
pISR_EINT1=（unsigned）Eint1Handler; //建立中斷向量
EnableIrq（BIT_EINT1）； //使能中斷
rEXTINT0 =0x492; // EINT1 下降沿觸發(fā)
根據T=［TCNTB0*（TCFG0+1）*（1/TCFG1）］/50MHZ 得出定時(shí)器的周期為60ms 在這個(gè)時(shí)間段里足以計算回波時(shí)間。
3.4 在外部中斷中計算機距離
3.5 循環(huán)控制與輪詢(xún)測距
由于超聲波之間有干擾，采用輪詢(xún)的方式依次打開(kāi)超聲波，每次只測一個(gè)，這樣可以有效地避免干擾，為了提高實(shí)時(shí)性可以控制定時(shí)器周期，比如設置為35ms，這樣四路超聲波輪詢(xún)一次大約為140ms，足以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求。
4、機器人控制的實(shí)現
圖3 為利用超聲波的反饋信息控制機器人直流電機閉環(huán)系統的總體結構圖。
linux 系統中超聲波傳感器為只讀的字符設備，具體應用為在應用程序下打開(kāi)超聲波設備，然后在驅動(dòng)中測距，測得的數據傳到應用程序，應用程序中有超聲波的避障算法，根據算法判斷障礙物的位置給直流電機控制信號進(jìn)行避障導航。
觸摸屏中的圖形界面中含有機器人的指令設置， 可以設置運行速度，圖像采集與超聲波模塊的打開(kāi)與關(guān)閉，是否開(kāi)啟機器人模糊算法運行軌跡還是使用普通的PID 調節， 這使得機器人有很多種方案可以選擇。
機器人的每一次行為都是根據超聲波傳感器測得的值和當前機器人運行的即時(shí)速度來(lái)來(lái)給出將要運行的時(shí)間， 在遇到障礙物時(shí)（0<t<30us 等于30 微秒時(shí)達到超聲波的最大探測距離）， 開(kāi)啟攝像頭圖像采集模塊， 這時(shí)攝像頭會(huì )拍下障礙物的圖像，并利用無(wú)線(xiàn)MODEM把圖像傳回控制電腦，這樣用戶(hù)就可以知道前方是什么障礙物， 該系統實(shí)現了移動(dòng)機器人的自主避障和采集障礙物信息的作用，可以用來(lái)探測未知環(huán)境。
5、結論
本文采用新型的超聲波傳感器，在A(yíng)RM9 與嵌入式linux 為平臺的移動(dòng)機器人上實(shí)現了超聲波的測距， 并利用超聲波傳感器控制運動(dòng)系統和圖像采集系統。該機器人目前已經(jīng)成功應用與本項目的開(kāi)發(fā)并取得良好的效果。
本文創(chuàng )新點(diǎn)：采用一種精度高的新型超聲波傳感器，用軟件方法克服了它在A(yíng)RM9 中不利于檢測回波的問(wèn)題，成功應用于移動(dòng)機器人的運行軌跡控制， 使得機器人無(wú)論在行走和圖像采集的即時(shí)性上都得到了很大的高。
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