基于ARM9的嵌入式仿人機(jī)器人傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．1 加速度計(jì)傳感器
判定機(jī)器人姿態(tài)的傳感器有陀螺儀和加速度計(jì)等傳感器，由于陀螺成本較高，而DF-1機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)變化上較為緩慢，故本文采用了成本較低的加速度計(jì)來(lái)感知機(jī)器人的姿態(tài)。加速度計(jì)是物體運(yùn)動(dòng)測(cè)試中的重要元件，它的輸出與物體的加速度成比例。傳感器系統(tǒng)所采用加速度計(jì)的具體型號(hào)為AD公司生產(chǎn)的雙軸加速度計(jì)ADXL202。ADXL202具有兩種輸出，一種是從XFILT和YFILT引腳輸出模擬信號(hào)；另一種是直接從XOUT和YOUT引腳輸出經(jīng)調(diào)制后的DCM信號(hào)。在具體使用中，選用了加速度計(jì)的DCM信號(hào)輸出，這樣就可省去使用模擬信號(hào)需要引入的A／D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)難度。
2．2 超聲傳感器
用來(lái)測(cè)距的傳感器主要有紅外傳感器、超聲波傳感器、激光測(cè)距儀等，為了能在測(cè)量距離的同時(shí)判斷出物體的大致形狀，應(yīng)設(shè)計(jì)成多傳感器測(cè)距系統(tǒng)?？紤]到機(jī)器人的安裝空間以及成本問(wèn)題，主要選用了超聲波傳感器進(jìn)行距離的測(cè)量。
超聲波傳感器主要用來(lái)完成機(jī)器人到周圍障礙距離信息的測(cè)量，超聲波在測(cè)距過(guò)程中存在多次反射問(wèn)題，即超聲波遇到障礙物體時(shí)，沒(méi)有沿著原路返回發(fā)射接收點(diǎn)，而是經(jīng)過(guò)多次反射后才返回發(fā)射接收點(diǎn)，這樣測(cè)量到的距離信息不再真實(shí)，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)“丟失”目標(biāo)。本文選用DEVANTECH公司生產(chǎn)的SFR05。SFR05的體積小，信號(hào)穩(wěn)定，便于在機(jī)器人中安裝，而且SFR05的測(cè)量距離為1 cm～4 m，在最小測(cè)量距離上可認(rèn)為該傳感器不存在盲區(qū)。
2．3 紅外傳感器
為了彌補(bǔ)超聲傳感器在測(cè)距中多次反射的問(wèn)題，在超聲波相對(duì)應(yīng)的位置安裝了三個(gè)紅外測(cè)距傳感器。當(dāng)超聲波傳感器測(cè)量的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同方向上紅外傳感器測(cè)量的距離時(shí)，可以據(jù)此推斷出超聲波已經(jīng)進(jìn)行了多次反射，并用紅外傳感器測(cè)量的距離信息來(lái)取代超聲波傳感器的信息。本文使用的紅外傳感器為SHARP公司生產(chǎn)的GP2D12，可測(cè)距離為10～80 cm。GP2D12加上電源就可工作，輸出電壓為0．3～2.8 V。GP2D12傳感器在測(cè)量距離時(shí)受外界光強(qiáng)度、物體外表反射率及物體顏色的影響較小。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/152295.htm
3 軟件實(shí)現(xiàn)
傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理單元采用ARM9微處理器，主要完成以下功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度計(jì)的控制和加速度的測(cè)量，并根據(jù)加速度值，計(jì)算機(jī)器人的傾角；實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波傳感器的控制，完成距離信息的計(jì)算；實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外傳感器的控制，完成距離信息的獲取；對(duì)獲得的傾角、超聲波測(cè)距和紅外測(cè)距數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的通信協(xié)議發(fā)送給上位機(jī)，程序主流程如圖3所示。
程序首先要初始化，主要包括系統(tǒng)時(shí)鐘的選擇、管腳的分配、中斷優(yōu)先級(jí)、定時(shí)器時(shí)鐘和工作方式的選定等。在ARM9內(nèi)部資源中，具有PCA定時(shí)器單元和A／D單元，這些方便了對(duì)本傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。防止超聲波傳感器之間發(fā)生串?dāng)_，對(duì)超聲波傳感器采用輪流測(cè)量的方式。由于超聲波傳感器的工作周期為50 ms，當(dāng)工作時(shí)間少于50 ms時(shí)，超聲波傳感器會(huì)誤認(rèn)為下次測(cè)量發(fā)送超聲波產(chǎn)生的干擾為本次的回波，造成距離測(cè)量上的失真，而紅外傳感器建立電壓的時(shí)間只需要5 ms，所以在編程上，利用定時(shí)器0產(chǎn)生50 ms延遲，依次對(duì)3對(duì)超聲波傳感器和紅外傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。由于加速度傳感器和紅外、超聲傳感器之間是獨(dú)立的，而且數(shù)量只有一個(gè)，它的采集過(guò)程只依賴于PCA捕捉模塊捕捉到的時(shí)刻，所以加速度計(jì)信息的采集和預(yù)處理工作可貫穿于150 ms以內(nèi)。在完成對(duì)傳感器系統(tǒng)的信息采集和預(yù)處理后，還要將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，為上位機(jī)的決策提供必要的數(shù)據(jù)。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
評(píng)論