《智能传感器技术及应用》实验指导书

《智能传感器技术及应用》

实验指导书

万振武编写

武汉理工大学华夏学院

2014年7月

实验一 扩散反射式光电开关应用实验

一、实验目的

1.熟悉软件开发环境，熟练运用下载软件下载程序，熟练运用串口调试软件进行串口调试。

2.了解本实验中扩散反射式光电开关的结构；

3.会应用串口调试软件测试光电开关。

4.掌握舵机的控制方法

5.搭建光电循线机器人并编程实现机器人走直线。 二、实验原理

1. 光电开关的检测原理

图

1-1 光电开关原理图

光电开关原理如图1-1所示。当图中光电探头前面为浅色物体时，发光二极管发出的光被反射回探头，光电三极管导通，信号端S 输出低电平；当光电探头前面为深色物体时，发光二极管发出的光被吸收，没有光线反射回探头，光电三极管截止，信号端S 输出高电平。 2.舵机的控制原理

舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于角度需要不断变化并可以保持的

控制系统。其工作原理是：控制信号进入信号调制芯片，这时会获得直流偏置电压。舵机内部本身有一个基准电路，产生脉宽为1.5ms ，周期为20ms 的基准信号，直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。该电压差的正负输出到电机驱动芯片，决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，一直到电压差为0，电机停止转动。

如图所示高电平持续1.5ms ，低电平持续20ms ，然后不断重复的控制脉冲序列。如果将该脉冲序列发给经过零点标定后的伺服电机，伺服电机不会

旋转如图1-2所示。如果此时电机旋转，表明电机需要进行零点标定。从图1-3、图1-4可知，控制电机运转速度是高电平持续的时间，当高电平持续的时间为1.3ms时，电机按图中顺时针方向旋转；当高电平持续的时间为1.7ms 时，电机按图中逆时针方向旋转。

图1-2 1.5ms控制脉冲系列电机转速为零的控制信号时序图

图1-3 1.3 ms的控制脉冲系列使电机全速顺时针旋转的时序图

图1-4 1.7 ms的控制脉冲系列使电机全速逆时针旋转的时序图

三、实验设备

1.实验开发板、不锈钢车体

2.万用表、工具箱

3.光电开关三个

四、实验内容

1.利用串口调试软件测试光电开关

利用串口调试助手，在上位机上观测光电传感器在不同色度的物体表面反馈回来的电平。

#include

#include

int main(void)

{uart_init();

While(1)

{

printf("qti=%d",p2_3_state());

printf("qti=%d",p2_2_state());

printf("qti=%d\n",p2_1_state());

delay_nms(500);

}

}

2.实现机器人线跟踪

根据光电传感器信号组合形式编写应用程序，实现机器人线跟踪。

表1-1 使用三个光电传感器的策略表

五、任务拓展

1.设计一个线跟踪机器人可以沿着一根黑线来回往复行走。

2.设计一个线跟踪机器人可以沿着一根黑线来回往复行走，而不用掉头。

实验二压电式超声波传感器应用实验

一、实验目的

1.进一步熟悉软件开发环境，熟练运用下载软件下载程序，熟练运用串口调试软件进行串口调试。

2.了解本实验中压电式超声波传感器的结构；

3.编写超声波测距程序并用串口调试软件观测。

4.搭建超声波机器人并编程实现机器人智能漫游。

二、实验原理

1.压电式超声波传感器工作原理

超声波是指振动频率大于20KHz以上,频率甚高，超出了人耳听觉上限（20KHz）而听不见的一种声波。超声波发生器实际上是利用压电晶体的逆向压电效应来工作的。其内部由两个压电晶片和一个锥形振子构成，当它的两极外加电压脉冲信号，压电元件就变形引起空气振动，当脉冲信号频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动锥形振子振动，便产生超声波。而超声波接收器是利用正向压电效应制成，如果压电晶片两极间未外加电压，当锥形振子接收到超声波时，促使接收器的振子随着相应频率进行振动，由于存在正向压电效应，将机械能转换为电能，就产生和超声波频率相同的高频电压。这种电压非常小，通过放大后送后级电路处理。

2.超声波传感器的测距原理

超声波测距原理是，超声波传感器发出声波，在空气中传播，遇到障碍物后发生反射，传回超声波传感器，通过这个时间差计算出障碍物离本体的距离。

触发信号

模块内部

发出信号

输出回响

信号

图

图2-1 超声波传感器工作时序图

以上时序表明只需提供一个10us以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz的周期电平并检测回波。一旦探头检测到回波信号则输出回响信号。回响信号的脉宽会与所测的距离成正比。由此可以通过从发射信号到收到回响信号的时间差计算得到距离。计算公式：距离=高电平持续时间*声速（340m/s）/2。

三、实验设备

1.实验开发板、不锈钢车体

2.万用表、工具箱

3.超声波传感器一个。

四、实验内容

1.利用串口调试软件检测超声波测距数

据。超声波测距子程序的作用是实现测距功

能。在触发脉冲作用下，超声波发射器发射超

声波，通过TRIG端口检测确认超声波是否发

送完毕，然后单片机定时计时器开始计数，超

声波接收器收到反射波后立即停止计数，从而

测出发射超声波和接收回波的时间差T，然后

求出距离L。如果机体前方没有物体，为避免

死循环，通过判断定时计数器是否溢出来解

决。流程图如图2-2所示：

图2-2 超声波测距流程图

2.实现机器人智能避障

编写程序，利用超声波传感器探测物体距离，并根据距离长短做出不同

的运动略。

表2-1

五、任务拓展

利用超声波传感器寻找最近的目标，随后朝最近的目标运动。