红外传感器在机器人避障系统中的应用_侯丽春
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
参考文献 ［１］ 张凡．微机原理与接口技术．北京交通大学
出版社，２００３． ［２］ 戴胜华．单片机原理与应用．北京交通大学
出版社，２００５． ［３］ 侯建军．数字电子技术基础．北京：高等教
育出版社，２００３． ［４］ 徐颖．Ｐｒｏｔｅｌ ９９ ＳＥ ＥＤＡ 技术及应用．机
械工业出版社，２００５． ［５］ 何希才．传感器及其应用．国防工业出版
ＡＴ８９Ｃ５１ 有两个 １６ 位的内部计数器，我 们就用它来产生周期 ２０ｍｓ 的脉冲信号，根据 需要，改变输出脉宽。另外，若传输线较远，需 要对舵机信号加强驱动，如从单片机的舵机信 号 Ｐ１４ 接到 ７４０７，经增强驱动后再输出，这样 可以提高抗干扰。
（２） 传感器模块采用红外传感器 ＧＰ２Ｙ０ Ａ０ ２ＹＫ
（６） 通信模块采用串行通信 考虑到测障的目的是将测得数据传给上 位机， 使其根据距离自动决策。采用串行通 信比较理想， 硬件上采用 Ｍ Ａ Ｘ ２ ０ ２ 将电平抬 高到 １２Ｖ，也可将 １２Ｖ 电平转化为 ５Ｖ 电平，保 证通信质量。 系统软件部分采用 Ｃ５１ 编程，这里不作介 绍。
图 ２ 红外传感器与单片机的接口电路
模块采用数码
管
考虑到节
省管脚和实用
性的问题， 显
示可采用动态刷新，数码管三个控制端分时被 使能， 使 ３ 位 Ｌ Ｅ Ｄ 逐位循环显示。考虑到 Ｉ ／ Ｏ 口的驱动能力， 所以将控制脚 Ｐ １ ２ 、Ｐ １ ３ 、 Ｐ １ ４ 接非门后经过三极管放大后接到 ３ 位 ＬＥＤ 控制管脚。Ｐ０ 口八位经过缓冲器 ２７３ 后 依次接到 Ｌ Ｅ Ｄ 的 Ａ ～Ｇ 。单片机的 Ｗ Ｒ 经过 非门接 ２ ７ ３ 的 Ｃ Ｌ Ｋ 脚（Ｗ Ｒ 为低有效）。以 上做法为了更好的驱动 ３ 位 Ｌ Ｅ Ｄ 数码管。
舵机探测障碍物信息， 确定物体位置， 并将信 下，它允许任意小的模拟电压编码间隔。由于
息通过串口传给单片机，由单片机的避障程序 Ｔ Ｌ Ｃ ０ ８ ３ ４ 采用的是串行输入结构， 因此封装
驱动电机， 从而实现机器人的有效避障。
体积小，可节省 ５１ 系列单片机 Ｉ／Ｏ 资源，价格
３．２ 系统构成
也较适中。
本系统按功能划分为六个模块：主控制器
（４） 舵机模块采用 Ｆｕｔａｂａ Ｓ３００３
模块、传感器模块、Ａ ／ Ｄ 转换模块、舵机
Ｆｕｔａｂａ Ｓ３００３ 具有体积紧凑，便于安装；
输出力矩大，
表 １ 电子光学特性（Ｔａ＝２５，Ｖｃｃ＝５Ｖ）
稳定性好； 控
制简单， 便于
和数字系统接
口等特点。
（５） 显示
高 新 技 术
科技咨询导报 ２００７ ＮＯ．０２
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｈｅｒａｌｄ
红外传感器在机器人避障系统中的应用
侯丽春 孙志强 陆荣 （无锡职业技术学院 江苏无锡 ２ １ ４ １ ２ １ ）
摘 要： 机器人智能化是一个重要的方向。智能机器人的探测模块主要是依靠传感器接收障碍物的信息并作出相应的行动，因此传感
本文所采用的红外传感器 ＧＰ２Ｙ０Ａ０２ＹＫ 性能如下：
反射率： 对反射物体的颜色有较小影响； 传感器返回的模拟电压值与测量的距离 值一一对应； 探测距离的范围：２０ｃｍ￣１５０ｃｍ； 不需要外部控制电路； 价格低。
会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩 怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲 信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置 上。
社，２００１． ［６］ 高钟毓．机电控制工程．清华大学出版社，
２００２．
科技咨询导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｈｅｒａｌｄ
７
（３） Ａ／Ｄ 转换模块采用 ＴＬＣ０８３４ ＴＬＣ０８３４ 是八位逐次逼近模数转换器， 具有输入可配置的多通道多路器和串行输入
３ 系统硬件设计
方式。其多路器可由软件配置为单端或差分
３．１ 系统工作原理
输入， 也可以配置为伪差分输入。另外， 其输
机器人在移动过程中通过红外传感器和 入基准电压大小可以调整。在全 ８ 位分辨率
器人的前进路线，可能阻挡机器人某功能的实
（１） 主控制器模块采用单片机（ＡＴ８９Ｃ５１）
现， 甚至可能会发生机器人相互碰撞。高性
源自文库
能的测障传感器， 就是机器人的千里眼、顺
风耳。有了高性能的测障传感器， 往往事半
功倍， 可快速检测到对方、判断场地的情况，
巧妙灵活地避开对方，快速顺利地实现功能。
机器人测障可选用的传感器很多，例如超
器的选择尤为重要。本文主要研究红外传感器在机器人避障中的应用。
关键词： 红外传感器 避障 单片机 舵机
中图分类号：Ｔ Ｐ ２ ４ ２
文献标识码： Ｂ
文章编号：１６７３－０５３４（２００７）０１（ｂ）－０００７－０１
１ 机器人避障
模块、显示模块、串行通信模块。
在机器人比赛中，对方机器人可能阻挡机 ３．３ 系统设计
制（ＰＷＭ）信号，其中脉冲宽度从 ０．５￣２．５ｍｓ，相 对应舵盘的位置为 ０￣１８０°，呈线性变化。也 就是说， 给它提供一定的脉宽， 它的输出轴就
自然界任何物体，只要其温度高于绝对零 度都能产生红外辐射，温度愈低的物体辐射的 红外线波长愈长，根据需要有选择地接收某一 定范围的波长，就可以达到测量的目的。红外 传感器是一种能探测红外线的器件，能把红外 辐射量变化转换成电量变化。
声波传感器、红外传感器、光固态 ＣＣＤ 图像
传感器等等。红外传感器扩散角度较小，而且
有些型号控制简单—— ＧＰ２Ｄ０５ 甚至可以串 行输出。价格相对较低、测量精度高、方向性
图 １ 系统模块图
强，适用于机器人附近（１．５ｍ）障碍物距离检测
舵机的控制信号为周期是 ２０ｍｓ 的脉宽调
中［１－６］。 ２ 红外传感器
４ 结语 本系统采用了 Ｓ Ｈ Ａ Ｒ Ｐ 电红外传感器， 它
制作简单、成本低， 安装比较方便， 而且性能 比较稳定， 抗干扰能力强， 灵敏度高， 安全可 靠。可以实现探测障碍物的有无；测量障碍物 的距离并显示距离。经调试得到测量最大范 围为 １．６ｍ，最大角度为 １８０°。因此本系统只 适用于机器人比赛等小范围测距。笔者期待 和读者探索更完美的机器人避障系统。
出版社，２００３． ［２］ 戴胜华．单片机原理与应用．北京交通大学
出版社，２００５． ［３］ 侯建军．数字电子技术基础．北京：高等教
育出版社，２００３． ［４］ 徐颖．Ｐｒｏｔｅｌ ９９ ＳＥ ＥＤＡ 技术及应用．机
械工业出版社，２００５． ［５］ 何希才．传感器及其应用．国防工业出版
ＡＴ８９Ｃ５１ 有两个 １６ 位的内部计数器，我 们就用它来产生周期 ２０ｍｓ 的脉冲信号，根据 需要，改变输出脉宽。另外，若传输线较远，需 要对舵机信号加强驱动，如从单片机的舵机信 号 Ｐ１４ 接到 ７４０７，经增强驱动后再输出，这样 可以提高抗干扰。
（２） 传感器模块采用红外传感器 ＧＰ２Ｙ０ Ａ０ ２ＹＫ
（６） 通信模块采用串行通信 考虑到测障的目的是将测得数据传给上 位机， 使其根据距离自动决策。采用串行通 信比较理想， 硬件上采用 Ｍ Ａ Ｘ ２ ０ ２ 将电平抬 高到 １２Ｖ，也可将 １２Ｖ 电平转化为 ５Ｖ 电平，保 证通信质量。 系统软件部分采用 Ｃ５１ 编程，这里不作介 绍。
图 ２ 红外传感器与单片机的接口电路
模块采用数码
管
考虑到节
省管脚和实用
性的问题， 显
示可采用动态刷新，数码管三个控制端分时被 使能， 使 ３ 位 Ｌ Ｅ Ｄ 逐位循环显示。考虑到 Ｉ ／ Ｏ 口的驱动能力， 所以将控制脚 Ｐ １ ２ 、Ｐ １ ３ 、 Ｐ １ ４ 接非门后经过三极管放大后接到 ３ 位 ＬＥＤ 控制管脚。Ｐ０ 口八位经过缓冲器 ２７３ 后 依次接到 Ｌ Ｅ Ｄ 的 Ａ ～Ｇ 。单片机的 Ｗ Ｒ 经过 非门接 ２ ７ ３ 的 Ｃ Ｌ Ｋ 脚（Ｗ Ｒ 为低有效）。以 上做法为了更好的驱动 ３ 位 Ｌ Ｅ Ｄ 数码管。
舵机探测障碍物信息， 确定物体位置， 并将信 下，它允许任意小的模拟电压编码间隔。由于
息通过串口传给单片机，由单片机的避障程序 Ｔ Ｌ Ｃ ０ ８ ３ ４ 采用的是串行输入结构， 因此封装
驱动电机， 从而实现机器人的有效避障。
体积小，可节省 ５１ 系列单片机 Ｉ／Ｏ 资源，价格
３．２ 系统构成
也较适中。
本系统按功能划分为六个模块：主控制器
（４） 舵机模块采用 Ｆｕｔａｂａ Ｓ３００３
模块、传感器模块、Ａ ／ Ｄ 转换模块、舵机
Ｆｕｔａｂａ Ｓ３００３ 具有体积紧凑，便于安装；
输出力矩大，
表 １ 电子光学特性（Ｔａ＝２５，Ｖｃｃ＝５Ｖ）
稳定性好； 控
制简单， 便于
和数字系统接
口等特点。
（５） 显示
高 新 技 术
科技咨询导报 ２００７ ＮＯ．０２
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｈｅｒａｌｄ
红外传感器在机器人避障系统中的应用
侯丽春 孙志强 陆荣 （无锡职业技术学院 江苏无锡 ２ １ ４ １ ２ １ ）
摘 要： 机器人智能化是一个重要的方向。智能机器人的探测模块主要是依靠传感器接收障碍物的信息并作出相应的行动，因此传感
本文所采用的红外传感器 ＧＰ２Ｙ０Ａ０２ＹＫ 性能如下：
反射率： 对反射物体的颜色有较小影响； 传感器返回的模拟电压值与测量的距离 值一一对应； 探测距离的范围：２０ｃｍ￣１５０ｃｍ； 不需要外部控制电路； 价格低。
会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩 怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲 信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置 上。
社，２００１． ［６］ 高钟毓．机电控制工程．清华大学出版社，
２００２．
科技咨询导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｈｅｒａｌｄ
７
（３） Ａ／Ｄ 转换模块采用 ＴＬＣ０８３４ ＴＬＣ０８３４ 是八位逐次逼近模数转换器， 具有输入可配置的多通道多路器和串行输入
３ 系统硬件设计
方式。其多路器可由软件配置为单端或差分
３．１ 系统工作原理
输入， 也可以配置为伪差分输入。另外， 其输
机器人在移动过程中通过红外传感器和 入基准电压大小可以调整。在全 ８ 位分辨率
器人的前进路线，可能阻挡机器人某功能的实
（１） 主控制器模块采用单片机（ＡＴ８９Ｃ５１）
现， 甚至可能会发生机器人相互碰撞。高性
源自文库
能的测障传感器， 就是机器人的千里眼、顺
风耳。有了高性能的测障传感器， 往往事半
功倍， 可快速检测到对方、判断场地的情况，
巧妙灵活地避开对方，快速顺利地实现功能。
机器人测障可选用的传感器很多，例如超
器的选择尤为重要。本文主要研究红外传感器在机器人避障中的应用。
关键词： 红外传感器 避障 单片机 舵机
中图分类号：Ｔ Ｐ ２ ４ ２
文献标识码： Ｂ
文章编号：１６７３－０５３４（２００７）０１（ｂ）－０００７－０１
１ 机器人避障
模块、显示模块、串行通信模块。
在机器人比赛中，对方机器人可能阻挡机 ３．３ 系统设计
制（ＰＷＭ）信号，其中脉冲宽度从 ０．５￣２．５ｍｓ，相 对应舵盘的位置为 ０￣１８０°，呈线性变化。也 就是说， 给它提供一定的脉宽， 它的输出轴就
自然界任何物体，只要其温度高于绝对零 度都能产生红外辐射，温度愈低的物体辐射的 红外线波长愈长，根据需要有选择地接收某一 定范围的波长，就可以达到测量的目的。红外 传感器是一种能探测红外线的器件，能把红外 辐射量变化转换成电量变化。
声波传感器、红外传感器、光固态 ＣＣＤ 图像
传感器等等。红外传感器扩散角度较小，而且
有些型号控制简单—— ＧＰ２Ｄ０５ 甚至可以串 行输出。价格相对较低、测量精度高、方向性
图 １ 系统模块图
强，适用于机器人附近（１．５ｍ）障碍物距离检测
舵机的控制信号为周期是 ２０ｍｓ 的脉宽调
中［１－６］。 ２ 红外传感器
４ 结语 本系统采用了 Ｓ Ｈ Ａ Ｒ Ｐ 电红外传感器， 它
制作简单、成本低， 安装比较方便， 而且性能 比较稳定， 抗干扰能力强， 灵敏度高， 安全可 靠。可以实现探测障碍物的有无；测量障碍物 的距离并显示距离。经调试得到测量最大范 围为 １．６ｍ，最大角度为 １８０°。因此本系统只 适用于机器人比赛等小范围测距。笔者期待 和读者探索更完美的机器人避障系统。