基于ARM自主避障機(jī)器魚設(shè)計

摘要：研究設(shè)計了基于ARM芯片和LINUX嵌入式系統(tǒng)具有自主避障功能的機(jī)器魚。首先搭建了基于ARM芯片的硬件平臺，然后對圖像采集、圖像顯示和紅外測距進(jìn)行實現(xiàn)。通過紅外傳感器實現(xiàn)機(jī)器魚的自主避障的功能。實驗表明基于該方案設(shè)計的機(jī)器魚能流暢地進(jìn)行實時自主避障與圖像顯示。可以作為后續(xù)機(jī)器魚的自主視覺功能開發(fā)的基礎(chǔ)，提高了機(jī)器魚的智能度。
關(guān)鍵詞：自主避障；ARM；紅外測距；LINUX嵌入式系統(tǒng)

隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，出現(xiàn)了具有特殊功能的智能機(jī)器，如索尼公司生產(chǎn)的能夠以自我“意識”來“感覺”“學(xué)習(xí)”和“飼養(yǎng)”的寵物機(jī)器狗，以弗吉尼亞理工大學(xué)研制的CHARLI-L1機(jī)器人為基礎(chǔ)進(jìn)行升級改造的SAFFIR的消防機(jī)器人等。機(jī)器魚作為一項比較新的產(chǎn)品，涉及到機(jī)器魚的智能開發(fā)并不深，因此機(jī)器魚的智能化程度并不高，但隨著機(jī)器魚研究的加深，相信機(jī)器魚的智能度會大大提高，功能也會更趨完善。目前的機(jī)器魚類型主要有遙控機(jī)器魚和語音控制機(jī)器魚，例如曾在德國漢諾威電子展上展現(xiàn)的通過機(jī)器魚體內(nèi)收縮來提供動力的遙控式機(jī)器魚和在西南民族大學(xué)誕生的國內(nèi)首個的聲控機(jī)器魚等。據(jù)調(diào)查顯示同內(nèi)涉及到具有自主避障與自主視覺功能的智能機(jī)器魚的研究與開發(fā)并不多。由于技術(shù)等諸多原因我們選擇了設(shè)計自主避障的機(jī)器魚。由于機(jī)器魚具有機(jī)動性、高效性、低噪性等優(yōu)點，所以高智能的機(jī)器魚適合去完成如探測污染物質(zhì)、繪制港口的實時立體圖和對海底資源進(jìn)行探測等具有一定難度和危險的任務(wù)。由于國內(nèi)涉及到機(jī)器魚智能的開發(fā)程度不高，所以高智能的機(jī)器魚研發(fā)有較大的空間。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計
1．1 工作原理
機(jī)器魚主硬件原理如圖1所示。機(jī)器魚的自主避障功能是通過以ARM芯片、LINUX嵌入式系統(tǒng)、紅外傳感器等結(jié)合實現(xiàn)的。機(jī)器魚在水中分別通過攝像頭、紅外傳感器、LCD進(jìn)行畫面采集、自主避障和畫而顯示。攝像頭采集到圖片后，圖像被緩存于SDRAM中。ARM芯片通過紅外傳感器的AD管腳向發(fā)射器傳送命令，使探測器的發(fā)射模塊不斷地向外發(fā)送紅外線，當(dāng)接收器接收到返回的紅外線后會立刻通過AD管腳向ARM芯片傳送與紅外線返回的光強(qiáng)相應(yīng)的電壓，電壓經(jīng)過ARM芯片的A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成十位的二進(jìn)制數(shù)字量，通過一定的公式計算出此時與障礙物的距離。當(dāng)計算出來的距離小于預(yù)設(shè)量時，ARM芯片的控制軟件執(zhí)行一個串行中斷指令改變脈沖的脈寬即改變改PWM波的占空比變，進(jìn)而改變機(jī)器魚的游向從而避開障礙物。